年產(chǎn)6萬(wàn)噸超高分子量PMMA項(xiàng)目設(shè)計(jì)

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反應(yīng)空時(shí)及空速的確定 - 25 - 3.8.2反應(yīng)管的設(shè)計(jì) - 26 - 3.8.3 反應(yīng)器床層壓降 - 27 - 3.9反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 27 - 3.9.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù) - 27 - 3.9.2接管設(shè)計(jì) - 29 - 3.9.3折流板的設(shè)計(jì) - 29 - 3.9.4 反應(yīng)器支座設(shè)計(jì) - 29 - 3.9.5反應(yīng)器筒體及封頭厚度設(shè)計(jì) - 31 - 3.9.6反應(yīng)器液壓試驗(yàn) - 32 - 3.9.7列管外壓穩(wěn)定性校核 - 33 - 3.9.10使用SW6校核 - 34 - 第一章 概述 1.1 化學(xué)反應(yīng)的選擇原則 化學(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)器是化工生產(chǎn)流程的中心環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)往往占有重要的地位。一個(gè)適合反應(yīng)體系的反應(yīng)器可大大提高目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率且能保證穩(wěn)定的操作環(huán)境。在反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，除了通常說的要符合“合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則。 在落實(shí)到具體問題時(shí)，要考慮到下列的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要包括： A. 保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間； B. 滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求； C. 注意材質(zhì)選用和機(jī)械加工要求。 D. 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括： E. 反應(yīng)器選型； F. 確定合適的工藝條件； G. 確定實(shí)現(xiàn)這些工藝條件所需的技術(shù)措施； H. 確定反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸； I. 確定必要的控制手段。 1.2 化學(xué)反應(yīng)器的分類 反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。 種類 特點(diǎn) 適用范圍 列管式反應(yīng)器 長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑，內(nèi)部沒有任何構(gòu)件 多用于均相反應(yīng)過程 釜式反應(yīng)器 高度與直徑比約為2-3內(nèi)設(shè)攪拌裝置和擋板 均相、多相反應(yīng)過程均可 塔式 （填料塔板式塔） 高度遠(yuǎn)大于直徑，內(nèi)部設(shè)有填料、塔板等以提高相互接觸面積 用于多相反應(yīng)過程 固定床 底層內(nèi)部裝有不動(dòng)的固體顆粒，固體顆?？梢允谴呋瘎┗蚴欠磻?yīng)物 用于多相反應(yīng)系統(tǒng) 流化床 反應(yīng)過程中反應(yīng)器內(nèi)部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運(yùn)動(dòng)，提高反應(yīng)器內(nèi)液體的混合性能 多相反應(yīng)系統(tǒng)，可以提高傳熱速率 移動(dòng)床 固體顆粒自上而下作定向移動(dòng)與反應(yīng)流體逆向接觸 用于多相體系，催化劑可以連續(xù)再生 滴流床 固體反應(yīng)器的一種，但反應(yīng)物還包括氣液兩種 用于使用固體催化劑的氣液反應(yīng)過程 1.3 化工生產(chǎn)中常用的化學(xué)反應(yīng)器類型介紹 化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)過程的主體，而反應(yīng)裝置是實(shí)現(xiàn)這種反應(yīng)的客觀環(huán)境?；瘜W(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)器作為化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)往往占有重要的地位。而在工業(yè)中，運(yùn)用最廣泛的有固定床、流化床和移動(dòng)床反應(yīng)器。 1.3.1 固定床反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2～15mm左右，堆積成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等。 固定床反應(yīng)器可分類為三種基本形式： （1）軸向絕熱式固定床反應(yīng)器(如下圖1-1)。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無(wú)熱交換。 （2）徑向絕熱式固定床反應(yīng)器（如下圖1-2）。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng)，床層同外界無(wú)熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體流動(dòng)的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大，或反應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。 （3）管式固定床反應(yīng)器（如下圖1-3）。反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25～50mm之間，管數(shù)可多達(dá)上萬(wàn)根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。 圖1-1 軸向絕熱式固定床反應(yīng)器 圖1-2 徑向絕熱式固定床反應(yīng)器 此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱為多級(jí)固定床反應(yīng)器。例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器(如上圖1-4)，反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便在接近于最佳溫度條件下操作。 固定床反應(yīng)器主要優(yōu)點(diǎn)有： （1）返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高轉(zhuǎn)化率。 （2）反應(yīng)速率較快，可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積來(lái)獲得較大的生產(chǎn)能力。 （3）催化劑機(jī)械損耗小； （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； （5）固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。 主要缺點(diǎn)有： （1）傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過允許范圍）； （2）操作過程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。 圖1-3 列管式固定床反應(yīng)器 圖 1-4 多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器 1.3.2流化床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過程或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。在用于氣固系統(tǒng)時(shí)，又稱沸騰床反應(yīng)器。按流化床的運(yùn)用狀況主要分為以下兩類： （1）一類是有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料的裝置，主要用于固相加工過程或催化劑迅速失活的流體相加工過程。例如催化裂化過程，催化劑在幾分鐘內(nèi)即顯著失活，須用上述裝置不斷予以分離后進(jìn)行再生。 （2）另一類是無(wú)固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置，主要用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間（如半年或一年）內(nèi)，不發(fā)生明顯變化的反應(yīng)過程，如石油催化裂化、酶反應(yīng)過程等催化反應(yīng)過程，稱為流體相加工過程。常見的流化床如下圖1-5所示： 圖1-5 流化床反應(yīng)器工作示意圖 與固定床相比，流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： （1）可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出； （2）流體和顆粒的運(yùn)動(dòng)使床層具有良好的傳熱性能，床層內(nèi)部溫度均勻，而且易于控制，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)； （3）流化床適合使用細(xì)粒子催化劑，易消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，能充分發(fā)揮催化劑的效能； （4）由于返混嚴(yán)重，可對(duì)反應(yīng)器的效率和反應(yīng)的選擇性帶來(lái)一定影響。再加上氣固流化床中氣泡的存在使得氣固接觸變差，導(dǎo)致氣體反應(yīng)得不完全。因此，通常不宜用于要求單程轉(zhuǎn)化率很高的反應(yīng)； （5）固體顆粒的磨損和氣流中的粉塵夾帶，也使流化床的應(yīng)用受到一定限制。為了限制返混，可采用多層流化床或在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件。這樣可在床建立起一定的濃度或溫度差。此外由于氣體得到再分布?xì)夤涕g的接觸亦有所改善。 1.3.3移動(dòng)床反應(yīng)器 移動(dòng)床與固定床相似，不同的是固體顆粒自頂部連續(xù)加入，由底部卸出. 移動(dòng)床離子交換樹脂在交換器、再生器和清洗塔之間，周期性流動(dòng)的離子交換裝置。移動(dòng)床與固定床的差別在于反應(yīng)過程中催化劑從反應(yīng)器入口向出口緩慢運(yùn)動(dòng)，新鮮催化劑(或再生好的催化劑)從反應(yīng)器入口進(jìn)入，失活的催化劑從反應(yīng)器出口移出，進(jìn)行再生。催化劑運(yùn)動(dòng)速度較慢，沒有達(dá)到流化狀態(tài)。如UOP與IFP連續(xù)重整工藝中的移動(dòng)床反應(yīng)器。如下圖1-6所示 圖1-6 移動(dòng)床吸附器 1.4 化學(xué)反應(yīng)器的區(qū)別 固定床可以處理高灰分，高灰熔點(diǎn)的煤，投資小，環(huán)保差、氣流床產(chǎn)量最大，但對(duì)煤種有一定要求；流化床現(xiàn)在壓力加不上去，推廣受限。 這三種床最關(guān)鍵的就是設(shè)計(jì)床體，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)床體大多數(shù)是一種經(jīng)驗(yàn)估算和模擬實(shí)反應(yīng)器設(shè)計(jì)說明書驗(yàn)，擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)上往往存在很多缺點(diǎn)。它們的主要區(qū)別還得看用途，物料的性質(zhì)，既是物理過程還是化學(xué)反應(yīng)過程。固定床和移動(dòng)床比較適合氣－氣、氣－液和液－液反應(yīng)，床層本身作為催化劑，優(yōu)點(diǎn)是返混小，固相帶出少，分離簡(jiǎn)單。流化床的床型是設(shè)計(jì)中很重要的，與反應(yīng)體系的匹配要求比較高。此外，操作中的氣速、帶出量、與配套的旋風(fēng)等分離設(shè)備設(shè)計(jì)比較嚴(yán)格。流化床的傳熱和破汽泡、溝流措施也是研究比較多的。流化床需要注意的是不能堵塞氣體分布器，堵了很麻煩的。 固定床、移動(dòng)床和沸騰床的區(qū)分是依據(jù)向床層內(nèi)通氣量的大小而定的，隨著通氣量的增加，一次是固定床、鼓泡床（沸騰床），湍動(dòng)床，輸送床。移動(dòng)床嚴(yán)格意義上屬于流化床的范疇，是顆粒整理向下移動(dòng)，床層高度不變，例如煉油中的催化重整工藝，是典型的移動(dòng)床工藝。至于應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言流化床技術(shù)具有良好的傳質(zhì)、傳熱和各項(xiàng)均勻性，生產(chǎn)規(guī)模大，應(yīng)用的最廣泛，例如基于循環(huán)流化床開發(fā)的各種煤氣化、燃燒工藝等等。固定床和移動(dòng)床受傳質(zhì)傳熱的限制，規(guī)模小，但是裝置投資小，例如魯奇的碎煤氣化技術(shù)，就是典型的固定床，通常需要幾臺(tái)爐子一起交替生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的連續(xù)。 1.5 化學(xué)反應(yīng)器的條件及選擇（以R0101為例） 反應(yīng)器為工藝流程中反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所，主要需要滿足： 1. 反應(yīng)器有良好的傳熱能力； 2. 反應(yīng)器內(nèi)溫度分布均勻； 3. 反應(yīng)器有足夠的壁厚，能承受反應(yīng)壓力； 4. 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)滿足反應(yīng)發(fā)生的要求，保證反應(yīng)充分； 5. 反應(yīng)器材料滿足反應(yīng)物腐蝕要求； 6. 保證原料有較高的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)有理想的收率； 7. 降低反應(yīng)過程中副反應(yīng)發(fā)生的水平 因此，本反應(yīng)選用組合式反應(yīng)器，殼體的內(nèi)部由上向下分隔為順次相連的上絕熱反應(yīng)床層、等溫反應(yīng)床層和下絕熱反應(yīng)床層,在等溫反應(yīng)床層的上部設(shè)置上絕熱反應(yīng)床層可使催化劑床層溫度迅速升高,達(dá)到反應(yīng)所需要的溫度,提高催化劑床層利用率,進(jìn)而提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和原料轉(zhuǎn)化率此外,由于上絕熱反應(yīng)床層可利用自身反應(yīng)熱提升至最佳反應(yīng)溫度,從而降低了組合式反應(yīng)器的熱負(fù)荷,節(jié)約了能源,減少了組合式反應(yīng)器尺寸和生產(chǎn)成本,同時(shí)該絕熱反應(yīng)床層還能有效控制反應(yīng)溫度,提高催化劑的整體使用壽命。在等溫反應(yīng)床層內(nèi)設(shè)置有換熱結(jié)構(gòu),其包括沿軸向貫穿所述等溫反應(yīng)床層的若干換熱列管,該換熱列管沿等溫反應(yīng)床層的軸向均勻設(shè)置,這種設(shè)置方式一方面進(jìn)一步規(guī)整了沿徑向流動(dòng)的氣體,使其呈平推流狀態(tài),避免了床層內(nèi)反應(yīng)氣體的返混,提高了反應(yīng)效率另一方面,上述設(shè)置方式換熱均勻,效率高此外,等溫反應(yīng)床層將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為蒸汽,由此可以很容易地將蒸汽熱量用于后續(xù)反應(yīng),從而有利于降低系統(tǒng)能耗,避免能源浪費(fèi)。與此同時(shí),設(shè)置的下絕熱反應(yīng)床層可減小反應(yīng)器尺寸和制造成本。 圖1-7組合式反應(yīng)器 圖1-8 組合式俯視圖 第二章 主要反應(yīng)機(jī)理 該反應(yīng)主要針對(duì)的是異丁烯氧化法制備甲基丙烯醛，該反應(yīng)針對(duì)異丁烯為平行反應(yīng)，第一步為異丁烯和氧氣在MOO3-UO3/SiO2的作用下氧化成甲基丙烯醛，第二步是異丁烯在氧氣的存在下生成副產(chǎn)物碳氧化合物（CO2和CO）,主反應(yīng)與副反應(yīng)的反應(yīng)速率不同，具體反應(yīng)方程式如下： 主反應(yīng)甲基丙烯醛的生成： C4H8+O2=C4H6O+H2O 1 副反應(yīng)CO2和CO的生成： C4H8+6O2=4CO2+4H2O 2 C4H8+4O2=4CO+4H2O 3 副反應(yīng)丙酮的生成: 3C4H8+2O2=4C3H6O 4 2.1反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)涉及到的機(jī)理可用下圖表示: 催化劑作用下的各步的反應(yīng)機(jī)理： 表2-1 催化劑反應(yīng)機(jī)理 模型 機(jī)制 速率控制步驟 1A 1B L.H.(1 Type of center) 異丁烯吸附 2A 2B L.H.(1 Type of center) 表面反應(yīng) 3 L.H.(1 Type of center) 涉及兩個(gè)離解的氧原子的表面反應(yīng) 4A 4B L.H.(2 Type of center) 表面反應(yīng) 5 R.E 吸附異丁烯之間的表面反應(yīng)，氧氣在氣相 6 R.E 吸附氧之間的表面反應(yīng)，異丁烯在氣相 7A 7B M.V.K 催化劑還原平衡在氧化 8A 8B S.S.A 催化劑還原平衡和氧氣吸附 9 冪律表達(dá)式 催化劑的作用機(jī)理文字?jǐn)⑹觯? 烯烴選擇性氧化催化劑至少要同時(shí)具備 4 種催化功能：(1) 化學(xué)吸附烯烴；(2) 脫氫；(3) 插入氧；(4) 和氧分子離解有關(guān)的氧化?還原循環(huán)，也即烯烴選擇性氧化催化劑需要多種活性中心的匹配.烯烴作為電子供體在氧化物上吸附，其吸附強(qiáng)度與烯烴給電子能力(堿性)和氧化物催化劑的親電子能力(酸性)有關(guān). 金屬氧化物表面配位不完全的金屬具有 L酸酸性，表面吸附水分子形成羥基會(huì)具有一定的 B 酸酸性，同時(shí)脫α-H 時(shí)會(huì)在金屬位上形成羥基，從而進(jìn)一步產(chǎn)生 B 酸。通過對(duì)催化劑的酸性進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)控異丁烯以及產(chǎn)物的吸附強(qiáng)度，從而優(yōu)化催化劑的選擇性，而從半導(dǎo)體電子理論來(lái)說，對(duì)于正電荷吸附的烯烴，N 型半導(dǎo)體更有利于異丁烯的吸附?；瘜W(xué)吸附的烯烴將電子傳遞給金屬空的 d 軌道，鍵的強(qiáng)度和分子上的電荷分布發(fā)生變化，使進(jìn)一步脫除α-H 成為可能. α-H 脫除后形成烯丙基中間體，插入晶格氧并脫除第二個(gè)氫后得到產(chǎn)物. 因此，對(duì)于烯烴氧化催化劑需要強(qiáng)度適中、分布均衡的脫氫和加氧活性中心. 由于異丁烯分子中存在 2 個(gè)相同的α-CH 3 ，其脫氫幾率相同，如果兩者同時(shí)脫氫就會(huì)引起副反應(yīng)，所以，如果催化劑脫氫能力過強(qiáng)，則燃燒反應(yīng)就會(huì)占優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，2 個(gè)?CH 3 屬推電子基團(tuán)，所以 C==C 鍵顯示一定的極性，即中心 C 原子受[O]攻擊易于引發(fā)雙鍵斷裂的副反應(yīng)，但如果催化劑的加氧能力較弱，則烯丙基中間體就會(huì)二聚成己二烯和苯. 因此，為提高異丁烯氧化反應(yīng)的選擇性，需對(duì)催化劑脫氫和加氧能力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié). 在異丁烯選擇性氧化制備 MAL時(shí)，要同時(shí)保護(hù) C==C 雙鍵和 1 個(gè)α-CH 3 不被氧化，顯然比只保護(hù) C==C 雙鍵的丙烯選擇性氧化難度更大。 2.2 動(dòng)力學(xué)方程 異丁烯在金屬氧化物上的催化氧化催化劑在該領(lǐng)域受到的關(guān)注比較少。國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研究是中科院過程所張鎖江院士及其帶領(lǐng)的相關(guān)人員的課題組發(fā)表的一些報(bào)道，且中科院過程所已經(jīng)建成并投產(chǎn)年產(chǎn)量為10萬(wàn)噸的MMA，該工藝采用的技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。 Vlcente CortQs Corberbn、Avellno Corma和Gojko Kremenld發(fā)現(xiàn)異丁烯在Te-V-Mo-O（Te：V：Mo = 4：1.2：4.8）氧化劑上，有相當(dāng)復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，甲基丙烯醛的表達(dá)式不依賴于碳?xì)浠衔铮蕾囉谘鯕夂退?，二氧化碳是依賴的?duì)氧和異丁烯的抑制以及水的抑制依賴于氧氣和異丁烯。Vlcente CortQs Corberbn等 在CortBs Corberin 等發(fā)表的文章中，發(fā)現(xiàn)異丁烯氧化的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在二氧化硅負(fù)載的鉬 - 鈾氧化物催化劑裂解是復(fù)雜的，主要的初級(jí)產(chǎn)物是甲基丙烯醛、丙酮和碳氧化合物，Vlcente CortQs Corberbn等給出了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式如下： 主反應(yīng)： A 參數(shù)如下表： 表2-2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 溫度 ℃ 380 19.4 3.6 194 493 194 350 92 3.6 137 99.1 28.9 320 170 5.2 95 46.3 9.34 K: ； 副反應(yīng)： 二氧化碳： B 一氧化碳： C 表2-3 動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 溫度 ℃ CO 的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 380 4.5 169 51.8 10.3 350 1.2 56 20.6 2.31 320 1.5 58 8.15 0.98 CO2的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 380 2.24 19.4 12.1 35.1 350 0.71 4.45 5.32 5.61 320 0.90 4.45 2.19 2.34 K: ； k(T)=0.0194exp 通過單位換算、數(shù)據(jù)整合最終得到動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)方程： 表2-4 反應(yīng)活化能 反應(yīng)項(xiàng) 動(dòng)力學(xué)因子 活化能 0.0194 30.0Kcal 10.3 21.9 Kcal 10.3 23.6Kcal 1對(duì)于 推動(dòng)力項(xiàng)：Forward reaction component Exponent 1 1 吸附項(xiàng)： Adsoption expression exponent 1 Component Term no.1 Term no.2 Term no.3 Term no.4 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Term no. 1 2 3 4 Cofficient A -4.246 -2.965 -1.281 0 Cofficient B -10.929 -10.93 -1.61 0 Cofficient C 0 0 0 0 Cofficient D 0 0 0 0 2對(duì)于 推動(dòng)力項(xiàng)：Forward reaction component Exponent 1 6 吸附項(xiàng)： Adsoption expression exponent 1 Component Term no.1 Term no.2 Term no.3 Term no.4 0 -1 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Term no. 1 2 3 4 Cofficient A 0 2.99 0 0 Cofficient B 0 -0.48 0 0 Cofficient C 0 0 0 0 Cofficient D 0 0 0 0 3對(duì)于 推動(dòng)力項(xiàng)：Forward reaction component Exponent 1 4 吸附項(xiàng)： Adsoption expression exponent 1 Component Term no.1 Term no.2 Term no.3 Term no.4 0 -1 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Term no. 1 2 3 4 Cofficient A 0 2.99 0 0 Cofficient B 0 -0.1443 0 0 Cofficient C 0 0 0 0 Cofficient D 0 0 0 0 2.3 催化劑的選擇 異丁烯選擇氧化制備甲基丙烯醛是異丁烯法制備甲基丙烯酸甲酯的關(guān)鍵步驟。烴類原料以及更為活潑的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)條件下均易發(fā)生深度氧化，控制深度氧化、提高目的產(chǎn)物的選擇性始終是研究中最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題，因此，對(duì)于異丁烯氧化的反應(yīng)一直在進(jìn)行著。 異丁烯氧化制備 MAL 的催化劑是在丙烯氧化制備丙烯醛催化劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，也曾經(jīng)歷過CU2O,BiASO4和Mo?Bi?O 等類型的變化，除 Mo?Bi 復(fù)合氧化物體系外，其他復(fù)合氧化物體系，如 Mo?Sb?O,Fe?Te?Mo?O，Re?Sb?O，以及負(fù)載金屬催化劑，如 Pt/SbOX也有研究，而使用雜多酸化合物催化異丁烯選擇氧化也顯示了較好的活性，實(shí)際應(yīng)用中異丁烯選擇氧化制備 MAL 多采用 Mo?Bi?Co?Fe?O 為基礎(chǔ)的復(fù)合氧化物體系，并進(jìn)一步添加多種助劑與丙烯氧化催化劑相比，異丁烯氧化催化劑中堿金屬Cs 的含量以及催化劑的焙燒溫度都較高。Gaigneaux 等研究了催化劑表面 Mo 的價(jià)態(tài)，認(rèn)為對(duì)于烯烴選擇性氧化，Mo?Sb?O 體系可維持部分 Mo的輕度還原態(tài)MO5+的存在，使催化劑具有良好的性能.把氧原子計(jì)算在內(nèi)，異丁烯氧化制備 MAL 的催化劑至少是由 7 種以上元素組成，如主組分 Mo, Bi、二價(jià)金屬元素Co, Ni、三價(jià)金屬元素Fe、一價(jià)堿金屬 K, Cs 等，或TI、稀土元素以及載體，如此多的元素組成使要找到制備催化劑的最佳配方非常困難. 與模型化合物，如單金屬氧化物、鉬鉍復(fù)合氧化物和負(fù)載型簡(jiǎn)單氧化物催化劑的研究相比，多組分催化劑中助劑的作用機(jī)理研究相對(duì)薄弱，已成為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和深入研究選擇性氧化機(jī)理的重要方向之一。困難在于添加各種助劑后，催化劑會(huì)形成極為復(fù)雜的晶格缺陷、相界面、位錯(cuò)等，而各種元素的作用也可能會(huì)隨催體系的不同而發(fā)生變化。 綜上所述，我們選擇催化活性更高，且平均壓碎強(qiáng)度更好和更有利于在320℃-380℃反應(yīng)的MOO3-UO3/SiO2，同時(shí)此催化劑有效的抑制了副反應(yīng)產(chǎn)物的生成。 2.4 工藝條件的選擇 2.4.1 反應(yīng)溫度 其他工藝條件不變的情況下，采用較高的溫度可使反應(yīng)速率提高，經(jīng)過大量的查閱資料，發(fā)現(xiàn)最佳反應(yīng)溫度范圍一般在 300℃ ~ 450℃，但隨著溫度的提高，對(duì)催化劑的影響較大，且由動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可知過高溫度導(dǎo)致副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增大，所以綜合考慮各方面的影響，選擇反應(yīng)溫度為 360℃。 2.4.2反應(yīng)壓力 由于異丁烯氧化制備甲基丙烯酸甲酯的反應(yīng)是一個(gè)分子數(shù)不變的反應(yīng)，所以在理論上壓力的變化對(duì)該反應(yīng)的影響不大，同時(shí)根據(jù)查閱的文獻(xiàn)，此反應(yīng)的最適反應(yīng)溫度是在2-3bar之間，所以最終確定最適壓力為0.23MPa。 2.4.3異丁烯與氧氣的體積比 異丁烯與氧氣的反應(yīng)理論上，異丁烯∶氧氣應(yīng)該是1∶1，但是為了增大異丁烯的轉(zhuǎn)化率，并且有效的減少副反應(yīng)的產(chǎn)生，我們?cè)诓殚喌奈墨I(xiàn)中得知，異丁烯∶氧氣在1∶5的時(shí)候是最適合的，所以最終選為1∶5。 2.4.4殼程換熱介質(zhì) 由于在整個(gè)反應(yīng)過程當(dāng)中，異丁烯氧化制備甲基丙烯醛會(huì)放出大量的熱量，本反應(yīng)中采用組合式反應(yīng)器，換熱介質(zhì)為去離子水。 2.4.5工藝參數(shù) 表2-5 工藝參數(shù) 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力MPa 1.1 0.25 設(shè)計(jì)溫度℃ 110 380 介質(zhì)名稱 脫鹽水 異丁烯與空氣的混合氣體 介質(zhì)組成 水 異丁烯：18.4% 氧氣：23.7% 氮?dú)猓?7.9% 質(zhì)量流量（ kg/h） 14187.5 15000 停留時(shí)間（s） 1.000 2.4.6催化劑的參數(shù) 催化劑的參數(shù)如下： 表2-6催化劑特性一覽表 催化劑的特性名稱 數(shù)據(jù)指標(biāo) 催化劑顆粒 2-4mm 表面積 78m2/g 孔隙率 0.37 平均孔半徑 120A 第三章 反應(yīng)器設(shè)計(jì)思路說明 3.1 反應(yīng)器類型的選擇 異丁烯氧化制備甲基丙烯醛反應(yīng)可以選擇間歇反應(yīng)器和連續(xù)反應(yīng)器，連續(xù)反應(yīng)器包括流化床反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器，其中固定床中又包括列管式固定床反應(yīng)器，流化床雖然可以增加兩相間的接觸面積，傳熱面積以及具有傳質(zhì)速率快等特點(diǎn)，但是由于催化劑顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)，造成固體顆粒與流體的嚴(yán)重返混，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度下降，轉(zhuǎn)化率下降，催化劑顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)也造成了催化劑破碎率增大，增加了催化劑的損耗。同時(shí)催化劑還會(huì)與器壁發(fā)生劇烈碰撞，易造成設(shè)備與管道的腐蝕，增大設(shè)備損耗。 固定床中催化劑顆粒固定不動(dòng)，返混少，反應(yīng)物的平均濃度高，反應(yīng)速率較快，可以克服上述流化床額缺點(diǎn)。除此之外，固定床反應(yīng)器中存在溫度分布不均勻，固定床內(nèi)部傳熱差，溫度分布不均勻的問題。 組合式固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：殼體的內(nèi)部由上向下分隔為順次相連的上絕熱反應(yīng)床層、等溫反應(yīng)床層和下絕熱反應(yīng)床層,在等溫反應(yīng)床層的上部設(shè)置上絕熱反應(yīng)床層可使催化劑床層溫度迅速升高,達(dá)到反應(yīng)所需要的溫度,提高催化劑床層利用率,進(jìn)而提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和原料轉(zhuǎn)化率此外,由于上絕熱反應(yīng)床層可利用自身反應(yīng)熱提升至最佳反應(yīng)溫度,從而降低了組合式反應(yīng)器的熱負(fù)荷,節(jié)約了能源,減少了組合式反應(yīng)器尺寸和生產(chǎn)成本,同時(shí)該絕熱反應(yīng)床層還能有效控制反應(yīng)溫度,提高催化劑的整體使用壽命。在等溫反應(yīng)床層內(nèi)設(shè)置有換熱結(jié)構(gòu),其包括沿軸向貫穿所述等溫反應(yīng)床層的若干換熱列管,該換熱列管沿等溫反應(yīng)床層的軸向均勻設(shè)置,這種設(shè)置方式一方面進(jìn)一步規(guī)整了沿徑向流動(dòng)的氣體,使其呈平推流狀態(tài),減少了床層內(nèi)反應(yīng)氣體的返混,提高了反應(yīng)效率另一方面,上述設(shè)置方式換熱均勻,效率高此外,等溫反應(yīng)床層將反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為蒸汽,由此可以很容易地將蒸汽熱量用于后續(xù)反應(yīng),從而有利于降低系統(tǒng)能耗,避免能源浪費(fèi)。與此同時(shí),設(shè)置的下絕熱反應(yīng)床層可減小反應(yīng)器尺寸和制造成本。 雖然異丁烯氧化制備甲基丙烯醛是一個(gè)強(qiáng)放熱過程，且反應(yīng)過程中熱效應(yīng)很大，反應(yīng)熱約為-337.921KJ/mol,絕熱溫升達(dá)到360℃，但是考慮到催化劑的壽命較長(zhǎng)，且活性較大，不需要及時(shí)更新，所以我們最終決定采用組合式固定床反應(yīng)器。 3.2反應(yīng)器的相關(guān)系數(shù) 固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器,裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相 反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀,粒徑為一,堆積成一定高度或厚度的床層,床層靜止不動(dòng),流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng),如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器和烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等,廣泛應(yīng)用于石油煉制工業(yè)、無(wú)機(jī)化工工業(yè),有機(jī)化工工業(yè)等領(lǐng)域。絕熱式固定床段位于列管固定床段的下游,兩段催化劑裝填體積比為（0.2-5）：1，在等溫反應(yīng)床層內(nèi)設(shè)置有換熱結(jié)構(gòu),其包括沿軸向貫穿所述等溫反應(yīng)床層的用于裝填催化劑的若干換熱列管,所述換熱列管沿所述等溫反應(yīng)床層的軸向均勻設(shè)置,且所述換熱列管的上下兩端分別設(shè)置有上管板與下管板,所述換熱列管的兩端分別與上絕熱 反應(yīng)床層、下絕熱反應(yīng)床層連通,所述相鄰兩個(gè)換熱列管之間、換熱列管與殼體之間共同形成供冷卻介質(zhì)流通的換熱空間。在等溫反應(yīng)床層末端對(duì)應(yīng)的所述殼體上設(shè)置冷卻介質(zhì)進(jìn)口,在等溫反應(yīng)床層始端對(duì)應(yīng)的所述殼體上設(shè)置冷卻介質(zhì)出口，上絕熱反應(yīng)床層、所述等溫反應(yīng)床層和所述下絕熱反應(yīng)床層的高度比為1：（0.55-4.1）：（0.35-1）。上絕熱反應(yīng)床層、所述等溫反應(yīng)床層和所述下絕熱反應(yīng)床層的催化劑裝填體積比（22-55）：（10-35）：（20-40），等溫反應(yīng)床層的高度為1-6米。所述第一氣體混合分布器的周壁上設(shè)置有氣孔,且所述第一氣體混合分布器的開孔率大于50%。設(shè)置于上絕熱反應(yīng)床層的上部與下絕熱反應(yīng)床層的上下兩端部的的多孔壁板,且所述多孔壁板的開孔率不大于30%。多孔壁板的氣孔的開孔大小為-10mm，等溫反應(yīng)床層與下絕熱反應(yīng)床層之間設(shè)置第二氣體混合分布器,且所述第二氣體混合分布器的開孔率大于50%。 圖3-1 異丁烯氧化制備甲基丙烯醛的反應(yīng)器 3.3 反應(yīng)條件的選擇 表3-1 反應(yīng)條件 溫度 360℃ 壓力 0.23MPa 異丁烯∶氧氣 1∶5 3.4 反應(yīng)熱力學(xué) 通過 Aspen Plus 對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行模擬得反應(yīng)器進(jìn)出物流信息表： 表3-2 反應(yīng)物流數(shù)據(jù) 反應(yīng)器進(jìn)口 反應(yīng)器出口 溫度（℃） 280 400 壓力 （ bar ） 2.2 1.2 氣相分率 1 1 摩爾流量（ kmol/h ） 557.095 560.031 質(zhì)量流量（ kg/h） 18160 18160 體積流量 12491.3 24564 焓值 (Gcal/h) 1.199 -4.864 摩爾分率 water 0.002 0.137 ISOBTENE 0.132 0.004 MAL 0.004 0.128 0.181 0.042 CO 2PPM 0.005 0.681 0.677 33PPM 0.005 各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱和標(biāo)準(zhǔn)生成焓以及計(jì)算各物質(zhì)的熱容的參數(shù)如表: 表3-3 物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù) 物質(zhì) 汽化熱 Kcal/mol 生成熱 Kcal/mol 生成自由能 Kcal/mol WATER 9.74787 -57.7563 -54.597783 ISOBTENE 5.29557 -4.0826 13.8722 MAL 7.1044 -26.9896 -13.8053 CO 1.62063 -26.3996 -32.7577 N2 1.32997 0 0 CO2 3.90998 -93.9882 -94.1937 表3-4各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓 物質(zhì) KJ/mol ISOBTENE -304.77 MAL -106.4 water -241.8 3.5 反應(yīng)器催化劑用量計(jì)算 此工藝采用流化床換熱的列管式固定床反應(yīng)器，催化劑填充于反應(yīng)器的列管中，催化劑為MOO3-UO3/SiO2，圓形，粒度為2-4mm，催化劑的空速3034.07h-1 我們可以看出原料總的質(zhì)量流量為15000kg/h，在該條件下進(jìn)料的平均密度為0.3255419Kg/m3 由公式 1 上式中VR為催化劑床層的體積，單位為m3； Vf為原料氣體體積流量，單位為m3/h； V為催化劑空速，單位為h-1。 所以，根據(jù)公式可得 2 3.6反應(yīng)器外形尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 先把列管式固定床反應(yīng)器看成管式反應(yīng)器，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，隨物料流動(dòng)的軸向而變化，故可取任意時(shí)間間隔某微元體積 dVR，對(duì)此微元體積對(duì)異丁烯作物料衡算，最終結(jié)果為 3 4 即： 5 式中： 的分壓為=(1-) 表示的是異丁烯的初始分壓，表示的是氧氣的分壓，表示的是異丁烯的轉(zhuǎn)化率。 并進(jìn)行化簡(jiǎn)得到如下式子： 進(jìn)料時(shí)異丁烯的摩爾流量為=20.4268mol/s 編輯matlab對(duì)5進(jìn)行積分，其程序見源文件。 積分結(jié)果是：=2.10，即反應(yīng)催化床層體積為2.10。 床層空隙率為m 故反應(yīng)器體積為： 6 3.6.1 反應(yīng)空時(shí)及空速的確定 由反應(yīng)進(jìn)料條件可以得到反應(yīng)物的體積流率為 12491.3m3/h 空時(shí) 7 空速 LSHV= 8 利用 Comsol 反應(yīng)工程模塊對(duì)空時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下圖： 圖3-2 模擬結(jié)果 通過comsol模擬結(jié)果可知，當(dāng)異丁烯轉(zhuǎn)化率的95%時(shí)，與動(dòng)力學(xué)方程積分所得出空時(shí)1.000 s相差不大，故確定反應(yīng)空時(shí)為 1.000 s。 3.6.2反應(yīng)管的設(shè)計(jì) 本工藝選取反應(yīng)管長(zhǎng) L=3.5m 規(guī)格為 。 則所需列管數(shù)為根 取n=600根管子 反應(yīng)管采用錯(cuò)列正三角形排列，如下圖所示，取管心距為 48.75mm 橫過管束中心線的管數(shù)為：根 殼體內(nèi)徑為：=1385mm 經(jīng)過圓整，反應(yīng)器直徑D為1400mm。即1.4m。 3.6.3 反應(yīng)器床層壓降 9 催化劑顆粒直徑m 流體密度kg/ m3 11化劑顆粒直徑為0.004m，流體密度為1.454kg/ m3，流體的絕對(duì)粘度為2.6906pa·s。 10 帶入數(shù)據(jù)求得： 11 摩擦系數(shù)： 12 pa=0.048MP 13 所以床層壓降可忽略不計(jì)。 3.7反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.7.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù) 表3-5 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 筒體結(jié)構(gòu)參數(shù) 介質(zhì) 脫鹽水 工作溫度 ℃ 90 設(shè)計(jì)溫度℃ 110 工作壓力MPa 1.0 設(shè)計(jì)壓力 Mpa 1.1 選材 Q345R 筒體尺寸 mm Φ1400×3 筒體長(zhǎng)度 mm 5250 封頭結(jié)構(gòu)參數(shù) 封頭內(nèi)介質(zhì) 異丁烯與空氣的混合氣體 工作壓力MPa 0.23 設(shè)計(jì)壓力MPa 0.25 工作溫度℃ 360 設(shè)計(jì)溫度℃ 380 選材 Q345R 封頭形式 標(biāo)準(zhǔn)封頭 厚度mm 13 焊接系數(shù) 0.85 列管結(jié)構(gòu)參數(shù) 管內(nèi)介質(zhì) 異丁烯與空氣的混合氣體 工作溫度℃ 360 設(shè)計(jì)溫度℃ 380 受內(nèi)壓MPa 0.24 受外壓MPa 1.0 選材 Q345R 列管尺寸 mm 管長(zhǎng) mm 3500 管束 600 列管排布 正三角形 管心距 mm 48.75 折流板型式 圓缺型（圓缺率25%） 折流板距離 mm 105 3.7.2接管設(shè)計(jì) 1物料管程接管 反應(yīng)器管程物料進(jìn)口流率為12491.3m3/h,設(shè)管程物料進(jìn)口流速為20m/s,則管程接管內(nèi)徑為： 14 因此選擇 的鋼管，此時(shí)管內(nèi)實(shí)際線速度為20.00m/s。 3.7.3折流板的設(shè)計(jì) 為增加殼程流體的湍流程度，以提高管間對(duì)流傳熱系數(shù)，須在管件設(shè)置折流板。內(nèi)管比較細(xì)長(zhǎng)，折流板還可起到支承板的作用，便于安裝和防止管子彎曲變形。參考文獻(xiàn)《化工機(jī)械手冊(cè)》，選用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為： 15 取折流板間的距離T=0.3=420mm 折流板的數(shù)目為： 16 折流板厚度為：25mm 3.7.4 反應(yīng)器支座設(shè)計(jì) 立式容器的支座有耳式支座（又稱懸掛式支座）、支撐式支座和裙式支座三種。小型直立設(shè)備一般采用耳式支座和支撐式支座，的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。對(duì)于此列管式反應(yīng)器采用耳式支座，墊板材質(zhì)為Q345R，筋板和底板材質(zhì)為 Q235A，墊板材料為Q345R厚度為45mm，mm。筒體內(nèi)徑為 1400mm。查國(guó)標(biāo) JB/T 4712.1-2007，選取C5-1型號(hào)，支座高度為430mm，允許載荷 170KN，螺紋規(guī)格為 M24，支座的質(zhì)量是47.8Kg。 支座間距是：+2( 式中： D---尺寸，mm ---殼體的名義厚度，mm 、、、耳式支座尺寸，查表可得： 故支座間距+2(430-90)=2110.67mm 3.7.5反應(yīng)器筒體及封頭厚度設(shè)計(jì) 3.7.5.1反應(yīng)器筒體厚度設(shè)計(jì)說明 反應(yīng)器殼體為內(nèi)壓容器，其厚壁的計(jì)算公式為： 17 式中： —?dú)んw理論計(jì)算厚度，mm —設(shè)計(jì)壓力，內(nèi)壓容器取=(1~1.1),MPa —材料在操作溫度范圍內(nèi)的許用應(yīng)力，MPa φ—焊接系數(shù) —為殼體內(nèi)徑，mm 其中: 1對(duì)壓力容器用的低合金鋼板（GB713-2008）和不銹鋼鋼板(GB24511-2009)，它們的厚度負(fù)偏差一律為－0.3mm，所以=0.3mm 2焊接方式選用雙面焊接，全部無(wú)損探傷，所以焊接系數(shù)φ=1。 3由于該反應(yīng)的催化劑不含鐵元素，且如果鐵元素存在的情況下，會(huì)影響催化劑的效果，所以該筒體選材為奧氏體不銹鋼S31603。 4S31603在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 =114MPa(厚度<14mm)。 5根據(jù) GB 713《鍋爐和壓力容器用鋼板》規(guī)定，腐蝕裕量C2=4mm。 帶入計(jì)算得： 設(shè)計(jì)厚度： mm 18 名義厚度： 19 有效厚度： 20 所以最終確定為筒體直徑為13mm。 3.7.5.2 反應(yīng)器封頭厚度計(jì)算 封頭壁厚計(jì)算公式為： (21) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 理論計(jì)算厚度： (22) 設(shè)計(jì)厚度： (23) 名義厚度： (24) 有效厚度： (25) 為方便焊接，將封頭厚度與筒體厚度選取一致，故選取封頭厚度為13mm。 (26) 所以封頭不會(huì)造成失穩(wěn)。 3.7.6反應(yīng)器液壓試驗(yàn) 筒體試驗(yàn)壓力為: (27) 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力:109.7 (28) 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平: (29) 可見，筒體可以進(jìn)行液壓試驗(yàn)。 3.7.7列管外壓穩(wěn)定性校核 臨界長(zhǎng)度,故列管看作短圓筒外壓容器。 又有, ,查表可得A=0.16 查鋼板 B-A 曲線圖可查得 B=60Mpa 故，可承受最大壓力為 (30) 因此，列管可承受3.33MPa的外壓，不會(huì)造成失穩(wěn)。 3.7.8 設(shè)備條件圖 圖3-3 反應(yīng)器裝配圖 3.7.9使用SW6校核 采用 SW6 軟件進(jìn)行反應(yīng)器筒體及封頭的機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算，輸入?yún)?shù)如下面系列圖所示： 表2-11 反應(yīng)器校核結(jié)果 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算單位 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程 管 程 設(shè)計(jì)壓力 1.1 MPa 設(shè)計(jì)壓力 0.3125 MPa 設(shè)計(jì)溫度 45 設(shè)計(jì)溫度 380 殼程圓筒內(nèi)徑Di 1400 mm 管箱圓筒內(nèi)徑Di 1400 mm 材料名稱 S31603 材料名稱 S31603 試驗(yàn)壓力 1.375 MPa 試驗(yàn)壓力 0.4 MPa 簡(jiǎn) 圖 計(jì) 算 內(nèi) 容 殼程圓筒校核計(jì)算 前端管箱圓筒校核計(jì)算 前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算 后端管箱圓筒校核計(jì)算 后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算 管箱法蘭校核計(jì)算 管板校核計(jì)算 前端管箱筒體計(jì)算 計(jì)算單位 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 150.3-2011 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 pc 0.31 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 380.00 ° C 內(nèi)徑 Di 1400.00 mm 材料 S31603 ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 120.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 87.60 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ReL 180.00 MPa 負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 計(jì)算厚度 d = = 2.94 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.70 mm 名義厚度 dn = 13.00 mm 重量 471.11 Kg 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p = 0.4000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過 的應(yīng)力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ReL = 162.00 MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 31.02 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [pw]= = 1.12954 MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 20.60 MPa [s]tf 74.46 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格 前端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算單位 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 150.3-2011 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 pc 0.31 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 380.00 ° C 內(nèi)徑 Di 1400.00 mm 曲面深度 hi 350.00 mm 材料 S31603 (板材) 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 87.60 MPa 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 120.00 MPa 負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p= 0.4000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力[s]t [s]T￡ 0.90 ReL = 162.00 MPa 試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力 sT = = 30.90 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計(jì)算厚度 dh = = 2.94 mm 有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70 mm 最小厚度 dmin = 2.10 mm 名義厚度 dnh = 13.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 225.68 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [pw]= = 1.13384 MPa 結(jié)論 合格 后端管箱筒體計(jì)算 計(jì)算單位 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 150.3-2011 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 pc 0.31 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 380.00 ° C 內(nèi)徑 Di 1400.00 mm 材料 S31603 ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 120.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 87.60 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ReL 180.00 MPa 負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 計(jì)算厚度 d = = 2.94 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 10.70 mm 名義厚度 dn = 13.00 mm 重量 471.11 Kg 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p = 0.4000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過 的應(yīng)力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ReL = 162.00 MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 31.02 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [pw]= = 1.12954 MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 20.60 MPa [s]tf 74.46 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格 后端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算單位 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 150.3-2011 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 pc 0.31 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 380.00 ° C 內(nèi)徑 Di 1400.00 mm 曲面深度 hi 350.00 mm 材料 S31603 (板材) 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 87.60 MPa 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 120.00 MPa 負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 pT = 1.25p= 0.4000 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力[s]t [s]T￡ 0.90 ReL = 162.00 MPa 試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力 sT = = 30.90 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計(jì)算厚度 dh = = 2.94 mm 有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70 mm 最小厚度 dmin = 2.10 mm 名義厚度 dnh = 13.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 225.68 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [pw]= = 1.13384 MPa 結(jié)論 合格 內(nèi)壓圓筒校核 計(jì)算單位 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB/T 150.3-2011 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 pc 1.10 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 45.00 ° C 內(nèi)徑 Di 1400.00 mm 材料 S31603 ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 120.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 120.00 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ReL 180.00 MPa 負(fù)偏差 C1 0.30 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 計(jì)算厚度 d