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1、氧化反应器说明书22020年4月19日文档仅供参考摘 要化学反应器是化工生产过程中一系列设备中的核心设备。化工技术过程开发的成功与否很大程度上取决于反应器内流体的温度、浓度、停留时间及温度分布、停留时间分布的控制水平和控制能力。化工生产的工艺过程决定了反应器的结构型式，反应器的结构型式对工艺过程又有一个促进和完善的作用，同时反应器的结构型式在某种程度上也决定着产品的质量和性能。因此，化学反应器的选型、设计计算和选择最优化的操作条件是化工生产中极为重要的课题。本课题根据已知的均四甲苯催化氧化法制取均酐的最佳工艺参数，对其核心设备氧化反应器进行了结构选型和较为详细的结构设计计算，并对反应器的制造工
2、艺进行了详细的说明，对反应器的制造、组装、检验及使用进行了说明。最终确定的反应器设备在满足结构合理性的基础上，实现了温度分布、浓度分布及反应时间等化工工艺参数的控制要求，使得产品质量和性能得以保证。关键词：反应器；结构设计；列管式固定床反应器；均酐装置AbstractChemical Reactors is the core equipment of a series of equipment in the course of chemical production. Chemical technology process development depends largely on the
3、success of the fluid reactor temperature, concentration, residence time and temperature distribution, residence time distribution of the control level and control The chemical production process determines the structure of the reactor, the structure of the reactor also have a role of promoting and i
4、mproving the process,at the same time the structure of the reactor to some extent also determines the quality and performance of products. Therefore, the selection of chemical reactors, design calculations and choosing the most optimal operating conditions are extremely important subject in chemical
5、 production. This topic made a selection and a more detailed design calculation for the Oxide reactor according to the known technical parameters, which is the core equipment for sym-Tetramethyl benzene catalyzed oxidated to Pyromellitic Dianhydride, and made a detailed description about the manufac
6、turing process of the reactor，Of the reactor for the manufacture, assembly, testing and use are described。On the basis of the rational structure, the reactor meets the control requirements of chemical processing parameters including the distribution of temperature, the distribution of concentration
7、and the reaction time, that makes the quality and performance of products be ensured.Key words: Reactor; Structural design; Tube fixed-bed reactor ; Equipments for Pyromellitic Dianhy目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论.11.1 前言21.2反应器简介21.3反应器的分类21.4设计定义41.5相关工艺参数.41.6反应器型式的选择.51.7列管式反应器的概述.51.8操作考虑.7第二章反应器的工艺计
8、算.82.1工艺流程概述82.2反应器的物料衡算及反应管的选择92.2.1物料衡算92.2.2 床层体积的确定102.2.3 反应列管管长、管径、管数的确定102.4.4 反应管排列方式及管间距的确定112.4 床层压降的计算122.5反应器的热量衡算122.6反应器壳层流体对壁给热系数的计算132.7壳程压降的计算142.8反应器管程进出口接管公称直径的确定15第三章 反应器的结构设计及强度计算173.1 概述173.2 壳体、管箱、封头厚度的确定及强度校核173.2.1壳体壁厚计算及强度校核173.2.2管箱壁厚的计算183.2.3管箱封头的厚度计算193.3管程水压试验强度校核203.4
9、壳程水压试验强度校核213.5管箱法兰设计213.6 管板与壳体、管箱、反应管的连接结构设计222.6.1 壳体与管板的连接结构222.6.2 管箱与管板的连接结构222.6.3 反应管与管板的连接结构223.7管板法兰及管板的结构设计233.7.1垫片的选型与校核233.7.2 等头双头螺栓的选型253.7.3管板法兰的强度校核252.7.2管板的强度校核303.8膨胀节的结构设计423.8.1膨胀节结构选型423.8.2 膨胀节的设计计算及强度校核443.9安全防爆口设计483.10 催化剂支撑件的设计483.10.1支撑件的结构介绍482.10.2 复合弹簧的强度校核493.11支座的选
10、用及强度校核.49 2.11.1 支座的选用及其载荷计算492.11.2 支座强度校核.503.12 其它零部件结构设计513.12.1反应器壳程熔盐通道的设计513.12.2 上、下分布板的结构设计52第四章 反应器的制造、组装、检验及使用534.1 材料选择说明534.1.1 主要受压元件534.1.2 焊接材料534.2 主要制造工艺534.2.1 主要零部件的制造534.2.2反应器的组装554.3 焊接工艺说明554.3.1材料的可焊性评价.564.3.2焊接材料的选择.57设计小结58致谢62参考文献.63附录. .65第一章 绪 论1.1前言本设计书是在均四甲苯空气气相氧化法制取
11、PMDA的工艺基础上，根据毕业设计课题“氧化反应器结构设计”的整体设计过程编写而来的。全设计书共分为四章：第一章为前言部分对反应器作了简单的介绍。第二章为反应器的工艺计算。第三章为反应器的结构设计，主要对反应器内各受压元件进行了详细的强度设计及校核。第四章为反应器各部件的制造工艺及组装程序介绍。本设计中各部分严格按照各种规范及标准进行，在保证反应器结构合理的基础上，进一步确保产品的质量和性能。1.2 反应器简介反应器是一个在其中发生化学反应的容器或罐。它是化工生产过程中一系列设备中的核心设备，反应器的型式、尺寸大小等，在很大程度上决定着产量和质量，因此化学反应器的选型，设计计算和选择最优化的操
12、作条件是化工生产中极为重要的课题。反应器可由各种材料制成，材料的选择取决于反应发生时的温度和压力以及所要求的抗腐蚀性.反应器也可能有多种类型，这取决于所用反应所需催化剂的种类以及反应物和产物的物理特性。反应器的简图如图1-1。图1-1反应器简图1.3 反应器的分类19反应器的化学反应多数都是伴随有催化剂的，按照催化作用则反应器可分为均相反应器和非均相反应器。 均相催化反应器能够与非催化作用的反应器相似地进行分类。一种标准是存在的相数，另一种标准是返混程度。因此，可有均相气相反应器、均相液相反应器和均相气一掖相反应器。也能够有均相塞流管式反应器和均相连续搅拌罐式反应器。 对装有非均相固体催化剂的
13、反应器，一种分类标准是根据在反应器中的催化剂颗粒是否移动，以此为根据，能够规定有下列类型: 1.如果颗粒固定在位置上成为密相固定床，则为固定床反应器.2.如果颗粒堆积在缓慢移动的密相床中，排出某些结垢的颗粒并加入某些新鲜的颗粒，则为移动床反应器。本书不讨论这种类型的反应器，因为它们在许多方面与固定床反应器类似。可是，移动床反应器在催化剂结垢和再生方式方面与固定床反应器有根本的区别。3.如果催化剂颗粒被向上流动的气体托住如流化床那样，则为流化床反应器。如前言中举出的理由，这类反应器在本书中不加讨论.4.如果催化剂颗粒悬浮在液体中，则为悬浮床反应器。 悬浮床反应器可再细分为下列几类: （1）.如果
14、催化剂悬浮在机械搅拌的液体中，则为连续搅拌罐式反应器。（2）.如果催化剂是用上升的气泡维持悬浮在液体中，则为鼓泡反应器或淤浆反应器。 （3）.如果催化剂是悬浮在向上流动的液体中，则为沸腾床反应器。 （4）.如果催化剂悬浮在液流或气流中，而液流和气流强大到足以在反应系统中携带这些催化剂，则为三相传递式反应器，划分均相和非均相反应器的另外一个标准是它们的操作方式，即是间断、半连续或连续式操作。可是，大多数重要的工业操作都为连续运转，而仅仅在间断式操作有特别充分的理由时才设计间断操作的反应器。 另外一种普遍适用的反应器分类标准是反应器内部的温度分布。假如反应器内部各点温度都是不变的，而且不随时间而变化，则反应器称为恒温的.但如反应器各部分温度是变化的，则反应器称为非恒温的。 还有另外一种反应器分类标准是反应器和器外部之间的换热程度。如果不换热，反应器称为绝热反应器，而如果有某种程度的换热，则称为非绝热反应器。
