反應(yīng)器初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

反映器初步設(shè)計(jì)闡明書(shū)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:?目錄TOＣ＼o＂１-3"\h\uHYＰＥＲＬIＮＫ\l_Toc403１第１章反映器設(shè)計(jì) PAGERＥF_Tｏｃ４0311ＨYPERＬＩＮＫ＼ｌ_Tｏｃ２389３1.１反映器設(shè)計(jì)概述?PAGEREＦ_Tｏc238931HＹPERLIＮＫ\ｌ_Toc715１１．2反映器的選型 １5１1ＨＹPERLINK\l_Toｃ２7068第2章催化劑?PAＧＥREF_Toｃ27068３HYPERLINK\l_Tｏc93322.１催化劑的選擇 PＡＧERＥF_Toc93323HＹPEＲLINK\ｌ_Toc１３15２．2催化劑失活的因素?ＰＡGEREF＿Tｏc13１５3ＨYPERLINK＼l_Tｏc３097７2.3催化劑再生的辦法?PAＧEREＦ_Ｔoc3097７3HYPERＬINK\l＿Toc16９8６第3章丙烷脫氫反映器 PAGEREF_Ｔoc169864HYPERＬINK\ｌ_Toc87２３.1主反映及副反映方程式?PAGEＲEF_Tｏｃ87２4HYPERLＩNＫ\l＿Tｏｃ1３133.２反映機(jī)理?PＡGEREF_Ｔoｃ13134HYPERＬINK\l_Tｏｃ７3533.3動(dòng)力學(xué)方程 PAＧEＲEF_Toc73534HＹＰＥRＬIＮＫ\ｌ_Toc3２086３.3.1催化反映動(dòng)力學(xué)模型?PAGEREＦ_Ｔoｃ320864HYPEＲLINK＼l_Toc1１3303．３．2失活動(dòng)力學(xué)?ＰAGＥREF_Toc11３３05HYPERＬIＮK\l_Tｏc625０３.4反映器設(shè)計(jì)思路闡明 PAGEREF_Ｔoc62506ＨYＰＥＲＬＩNＫ\l_Toc２65233.4.1反映條件 PAGＥRＥＦ＿Toc26５23６HＹＰＥRLINK\l_Ｔｏｃ956３．4.2反映器類(lèi)型的選擇 PＡＧERＥF＿Ｔoc９56７HYPEＲLIＮK＼l_Ｔoc1０70３.４.3反映器數(shù)學(xué)模擬?PAGEＲEF_Toｃ１0707HYＰERＬIＮK\l_Tｏc2829６３.4.4反映器體積的計(jì)算 PＡGEREF_Tｏc２８2967HYPERＬＩNK\l_Toc87193．5催化劑設(shè)計(jì) PＡGEＲEＦ_Toc８71911HYＰＥＲLINK\l＿Toc82933.５．1催化劑用量?PAGＥREF_Toc829３1１HYPＥＲLINＫ\l_Ｔｏc１700３．5.2催化劑來(lái)源 PAＧＥREF_Toc1700１1ＨYPEＲLIＮK\ｌ＿Toｃ103263.５.3催化劑的裝填 PAＧEREＦ_Toc1０3２611HYＰEＲLＩNＫ\l_Toｃ75２03.6反映器內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計(jì) PＡGＥREF＿Toc７5２０1１ＨYＰERLＩＮK\ｌ＿Ｔｏc270１9３.6.１催化劑床層開(kāi)孔 ＰAＧERＥF＿Ｔoc2701911HYPERＬＩNK\ｌ_Tｏｃ５6683．6.2催化劑分布器 PAＧERＥＦ_Toc566812HＹPERLIＮK\l_Toc256653.6.3氣體分布器?PAGERＥF_Toc２56651２HYPＥRLINK\l_Tｏc10４013.7反映器管口計(jì)算?PAGＥREＦ＿Toｃ１040112HYＰＥRＬＩNＫ\l_Tｏｃ4１0５3.7.1進(jìn)料管(以第一臺(tái)反映器為例) PAGEREＦ_Ｔoc４１0512HYPEＲLIＮK\l_Toc１4８９3３.7.2出料管?ＰAGＥＲＥF_Tｏc148９31３HYPERLINK\l_Ｔoｃ２47973.7.3吹掃空氣入口?PAＧＥRＥＦ＿Ｔoc２47971３HYPERLINK＼l＿Toc2７3６63.7.4催化劑進(jìn)料口?ＰAGEREF_Toｃ2736613HYPERＬINK＼ｌ_Ｔｏc18９9０3.7.５催化劑出口 PAGＥＲEF_Toc1８99０１3ＨＹPERLIＮK\ｌ_Toc３362３．7．6排凈口?PAGEREF_Ｔoｃ３３6２13HYPＥRＬIＮK\l_Toｃ222903.7．7人孔 PAGEREF_Toｃ22290１4HＹPERLＩNK\l＿Tｏc24904３.7．8催化劑床層固定鋼 PＡＧERＥF_Toｃ249041４HＹPEＲLINＫ\l＿Ｔoｃ２6９４３3．8加熱爐 ＰAGERＥF_Toc2６94314HＹPERLIＮＫ\l＿Tｏｃ３8７3.9機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核 PAGＥREF_Ｔoc38７１4HYPERLINK\l＿Toc31857３.9.１反映器材料的選擇?PＡGEＲEF_Toc3１85７１4HＹPEＲＬINK\ｌ_Ｔoｃ10０13.9．2反映器筒體厚度的選擇?PAGEREＦ_Toc100114HYPＥRLIＮK\l_Toc3１3403.９.3反映器封頭厚度的計(jì)算 PＡGEREF＿Toc3134015HYPERLＩNK\l＿Tｏc2０2４1３．9．4液壓實(shí)驗(yàn)校核 PAGＥREF_Tｏc２024１16ＨＹPERLＩNＫ\l_Ｔoc1939６3.9.５反映器強(qiáng)度校核 PAGＥREF_Toc１9３9６16ＨYPERLIＮK\ｌ＿Toc15４103．9.6反映器封頭的選擇?PAGEREＦ_Toｃ15４1025HYPERＬＩNK\l＿Ｔｏc29６993．10設(shè)計(jì)成果總結(jié)(以第一臺(tái)反映器為例) PAＧEＲEＦ_Toｃ２９6992６HYPERLINK\l_Ｔoc151５5第4章乙炔選擇性加氫反映器?PAGEREF＿Ｔｏc1515526HYＰＥRLINK\l_Ｔoc153384.１概述 PAGEＲEF_Toｃ153３826HYPEＲLIＮK\l_Toc４19１4．2反映方程式 ＰAGEＲEF_Ｔoc41912７HＹPERLＩＮK\l_Toｃ17124４.3催化劑的選用?PAGEＲEＦ_Toc１71２42７ＨYPEＲLIＮK＼ｌ＿Ｔoｃ１６5374.4設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述?ＰAＧＥＲEＦ_Toc1653727HYPERLINK\ｌ＿Toc22７5４4.５在Polymath中的模擬與優(yōu)化 PAＧEREF_Tｏc2２75429HYPＥRLＩNK\l_Ｔｏc1０3024.６選擇性加氫反映器總結(jié)?ＰAGEＲEＦ_Ｔoｃ１０３0230ＨYPERLＩNＫ\l_Toc19509第5章參考文獻(xiàn) PAGＥREF＿Toｃ1９50930反映器設(shè)計(jì)反映器設(shè)計(jì)概述化學(xué)反映器是將反映物通過(guò)化學(xué)反映轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)。由于化學(xué)反映種類(lèi)繁多，機(jī)理各異,因此，為了適應(yīng)不同反映的需要，化學(xué)反映器的類(lèi)型和構(gòu)造也必然差別很大。反映器的性能優(yōu)良與否,不僅直接影響化學(xué)反映本身,并且影響原料的預(yù)解決和產(chǎn)物的分離,因而,反映器設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的工藝和工程因素應(yīng)當(dāng)是多方面的。反映器的設(shè)計(jì)重要涉及：1)反映器選型；2)擬定適宜的工藝條件;３)擬定實(shí)現(xiàn)這些工藝條件所需的技術(shù)方法;4)擬定反映器的構(gòu)造尺寸;5)擬定必要的控制手段。在反映器設(shè)計(jì)時(shí),除了一般說(shuō)的要符合“合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則,在貫徹到具體問(wèn)題時(shí),要考慮到下列的設(shè)計(jì)要點(diǎn):1)確保物料轉(zhuǎn)化率和反映時(shí)間；2)滿(mǎn)足物料和反映的熱傳遞規(guī)定;3）設(shè)計(jì)適宜的攪拌器和類(lèi)似作用的機(jī)構(gòu)；4)注意材質(zhì)選用和機(jī)械加工規(guī)定。反映器的選型反映器按構(gòu)造大致能夠分為釜式、管式、固定床、流化床、移動(dòng)床等類(lèi)型。它們的重要合用范疇和特性見(jiàn)下表1-1:表1-1反映器類(lèi)型反映器類(lèi)型合用范疇特性釜式反映器液液，氣液，液固，氣液固構(gòu)造簡(jiǎn)樸、加工方便,傳質(zhì)、傳熱效率高,溫度濃度分布均勻,操作靈活性大,便于控制和變化反映條件，適合于多品種、小批量生產(chǎn)，但返混程度大，間歇操作時(shí)輔助時(shí)間所占比例大。管式反映器氣相，液相返混小，所需反映器體積較小，比傳熱面大;但對(duì)慢速反映，管很長(zhǎng)，壓降很大固定床反映器氣固相催化反映返混小，高轉(zhuǎn)化率時(shí)催化劑用量少，催化劑不易磨損；但傳熱控溫不易,催化劑裝卸麻煩流化床反映器氣固相,特別是催化劑失活很快的反映傳熱好,溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大；但床內(nèi)返混大,不適于高轉(zhuǎn)化率反映移動(dòng)床反映器氣固相，特別是催化劑失活很快的反映床層返混小,固氣比可操作性大；但床內(nèi)溫差大，調(diào)節(jié)不易本反映器重要針對(duì)的是丙烷脫氫生成丙烯的反映，該反映的高效反映溫度在550－650℃,反映壓力為0．１ＭPa。反映兩個(gè)最大的特點(diǎn)是：（1）反映為強(qiáng)吸熱，分子數(shù)增加的可逆反映,平衡常數(shù)隨溫度的升高而增加。若要獲得較高的脫氫轉(zhuǎn)化率，則該反映需在高溫和負(fù)壓下進(jìn)行，然而，高溫又會(huì)使烷烴容易發(fā)生裂解和深度脫氫反映,造成反映的選擇性減少。（２）催化劑容易結(jié)焦失活：高溫對(duì)Ｃ—C鍵斷裂的裂解反映比對(duì)C—Ｈ鍵斷裂的脫氫反映更為有利,從而容易造成催化劑表面積碳，進(jìn)而使催化劑失活加速。而持續(xù)工業(yè)化不允許頻繁停車(chē)來(lái)更換催化劑，否則會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定以及額外的能量與原料消耗。本項(xiàng)目涉及4臺(tái)脫氫反映器和1臺(tái)選擇性加氫反映器。綜合反映以及催化劑特點(diǎn),我們分別選擇移動(dòng)床反映器和固定床反映器。催化劑催化劑的選擇本反映綜合生產(chǎn)實(shí)際以及環(huán)境和諧的規(guī)定,丙烷脫氫(PＤH)反映器選用Sn為助劑、Pt為活性中心，Ａl2O３為載體的Pt-Sｎ／Al2O3催化劑。催化劑為顆粒直徑2ｍm的球形顆粒,密度為38００kｇ/m3，床層孔隙率ε取0．4。乙炔選擇性加氫(SHP）反映器選用最慣用的鈀系催化劑。催化劑失活的因素丙烷脫氫反映在熱力學(xué)上是一種分子數(shù)增加、強(qiáng)吸熱（１16KJ/mｏｌ)的可逆反映。為了使反映向脫氫反向進(jìn)行,需要提高反映溫度和減少反映器中的壓力。但是在高溫下,丙烯容易發(fā)生深度脫氫,造成選擇性減少,并且在高溫下C-C鍵裂解反映在熱力學(xué)上比C-H鍵裂解更有利，從而加劇了碳在催化劑表面沉積造成Pt-Ｓn/Al2O3催化劑失活。催化劑再生的辦法運(yùn)用CCRTM再生裝置,對(duì)結(jié)焦的Pt-Sn/Al2Ｏ3催化劑進(jìn)行燒炭再生。其有４項(xiàng)重要功效：燒去催化劑的焦炭,鉑催化劑的重新分派，移去額外的水分及將催化劑返回到還原狀態(tài)(催化劑再生）。緩慢移動(dòng)的催化劑床在通過(guò)反映器和再生器的環(huán)路中循環(huán)，慣用的循環(huán)時(shí)間為５~10天。反映部分和再生部分互相獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此即使再生器停車(chē)，也不用中斷反映器內(nèi)催化脫氫反映過(guò)程。丙烷脫氫反映器主反映：C3H主反映：C3H8→C3H6+H2△Hr=116.0754KJ/mol副反映：C3H8→C2H4+CH4△Hr=75.8671KJ/molC2H4+H2→C2H6△Hr=-136.98KJ/molC3H8+H2→C2H2+C+4H2△Hr=330.595KJ/mol反映機(jī)理圖3-１丙烷脫氫反映機(jī)理動(dòng)力學(xué)方程催化反映動(dòng)力學(xué)模型－r1=k1*(P(Ｃ3H8)-P（C3H８)*P(H2)/Keq)／(1+P（C３H６）/K１）;-r２=ｋ2＊P(C３H８）;-r３=ｋ３*P（C2H４）*P（H2);單位：mol/(ｍiｎ*g).其中:Kｅq=ｅxp（１6.858-1539４/ｔ+148728／t２）atmR=8.314J/(mol＊K）;P(C3H8）是C3H8在反映器中的分壓;P(C2H４)是Ｃ2H４在反映器中的分壓;P(H２）是H2在反映器中的分壓;t為反映器中的溫度.失活動(dòng)力學(xué)C＝Cm+CMCM＝ｋ2c*t動(dòng)力學(xué)方程中各參數(shù)以下圖3－2：圖3－2動(dòng)力學(xué)參數(shù)反映器設(shè)計(jì)思路闡明反映條件反映溫度：866K反映壓力:1ａt(yī)m稀釋劑的選擇:為了提高轉(zhuǎn)化率,能夠在反映氣中添加稀釋劑。水蒸汽是最早作為稀釋氣體引入丙烷脫氫過(guò)程的,它能有效增進(jìn)丙烷脫氫反映,提高反映轉(zhuǎn)化率，并且水蒸汽還是一種較好的載熱劑,但是水蒸氣會(huì)對(duì)催化劑構(gòu)造產(chǎn)生影響，給產(chǎn)物分離造成困擾,并且催化劑價(jià)格昂貴，因此我們選擇便宜的H2作為稀釋劑，并且H2作為反映產(chǎn)物，也能夠做到循環(huán)運(yùn)用，提高原子運(yùn)用率。本設(shè)計(jì)選用的氫烴比為1：1。反映器:徑向絕熱式移動(dòng)床反映器,四臺(tái)串聯(lián)催化劑：球形,規(guī)格dｐ=２mｍ，空隙率反映進(jìn)口流量:Ｇ=648６9.7１１mｏl/min反映器類(lèi)型的選擇由于該反映體系的原料是以混合氣體進(jìn)料，且進(jìn)料量比較大，考慮到環(huán)保因素以及所采用的催化劑易失活問(wèn)題,如若采用流化床反映器,則床層返混比較大，不適于做高轉(zhuǎn)化率反映，而該反映規(guī)定丙烷最后轉(zhuǎn)化率為88％，因此我們考慮選用床層返混較小且利于催化劑再生的移動(dòng)床反映器。絕熱式反映器相較于列管反映器含有造價(jià)低,反映器空間運(yùn)用率高，操作簡(jiǎn)樸的優(yōu)點(diǎn),故考慮選用。反映器數(shù)學(xué)模擬本次反映器設(shè)計(jì)運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件ＰOLYMATH進(jìn)行優(yōu)化和模擬。首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值擬定反映器床層高度，然后運(yùn)用軟件語(yǔ)言寫(xiě)出反映程序,進(jìn)而運(yùn)行得到反映器物料的摩爾分率和溫度沿反映器徑向的變化狀況及個(gè)點(diǎn)的反映狀態(tài)。最后通過(guò)變化工藝參數(shù),如管長(zhǎng)、管徑、進(jìn)口溫度等,對(duì)反映器成果進(jìn)行優(yōu)化,得到最優(yōu)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量。反映器體積的計(jì)算基本衡算方程研究對(duì)象選丙烯,甲烷,乙烷,體系選反映器的一種小微元,(考慮結(jié)焦對(duì)反映的影響)對(duì)這個(gè)微元體系做物料衡算,以下：主反映:副反映:對(duì)這個(gè)微元體系做熱量衡算,以下:其中ａ是結(jié)焦?jié)舛群痛呋瘎┗钚缘年P(guān)聯(lián)系數(shù)，Nt是不同床層位置的進(jìn)料流量，Cp為進(jìn)料物流的平均熱容,Ｈｒ1,Hr2，Hr3分別是主副反映的反映熱，r１，r2,ｒ3分別是主副反映的反映本征動(dòng)力學(xué)。(二)Ｐoｌｙmatｈ模擬過(guò)程有了基本的化學(xué)反映動(dòng)力學(xué),用平推流（PＦＲ)通過(guò)polymａt(yī)h來(lái)模擬,進(jìn)口總的物料流量是Aspｅｎ模擬整個(gè)流程達(dá)成穩(wěn)態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)。得到模擬程序以下:圖3－３Polymaｔh模擬程序得到下列反映器中產(chǎn)物丙烯的摩爾分率沿徑向的變化(以第一臺(tái)反映器為例):圖3-４丙烯摩爾分率沿徑向的變化反映器溫度沿徑向的變化以下:圖３－5反映器溫度沿徑向的變化從表格中查得轉(zhuǎn)化率最大時(shí)對(duì)應(yīng)的催化劑厚度為△Ｄ1=26ｃｍ。同理可得其它反映器催化劑床層厚度以下:△D２＝22cm，△D3=22ｃｍ，△D4＝2７ｃm。床層空隙率ε＝0．4,因此可得各反映器床層厚度分別為40cm,３4cｍ,34cｍ，42cm。（三)反映器構(gòu)造參數(shù)表3-1反映器的構(gòu)造參數(shù)反映器位號(hào)氣體出口內(nèi)徑／ｍｍ反映器內(nèi)徑/ｍｍ催化劑床層厚度/ｍｍ催化劑床層長(zhǎng)度/ｍ材料R2011200２40０40060Cr１8Ni9R2０２１2002４003406０Cｒ１８Ni９R2０3１200２40０34０６0Ｃr18Ni9R204１20024004２０60Cｒ18Ｎi９(四）反映器塔壓降校核其中：——流體黏度,ｋg/(ｍ.s)——流體密度，kg/ｍ3ε——空隙率ｄp——催化劑直徑Ｈ——反映器高度工藝數(shù)據(jù)以下：dp＝0.002m由計(jì)算公式得到反映器床層壓降為△Ｐ=５843．9３Ｐa<１0%P=１5１98.75Pａ，可見(jiàn)床層壓降很小,能夠看做恒壓反映，這是符合設(shè)計(jì)規(guī)定的。催化劑設(shè)計(jì)催化劑用量選用密度為３800ｋｇ/ｍ3的Pt-Ｓn／Aｌ2Ｏ3催化劑,各催化劑床層的體積分別是:Ｖ1＝７.1６m3,V2＝５．89ｍ3,Ｖ3=5.８9m3,V4＝７.4８m3。對(duì)應(yīng)一次催化劑的裝填量為ｍ=m1＋m２+m3+ｍ4=∑ρV=100.4噸催化劑來(lái)源由于催化劑的制備比較繁瑣，我們采用從ＵOP公司購(gòu)置。催化劑的裝填對(duì)反映器進(jìn)行噴砂解決,以去除反映管壁上的鐵銹。將催化劑從反映器頂部入口注入，然后運(yùn)用自重輔以壓縮空氣作用使催化劑填入床層。測(cè)量床層壓降,使其符合正常壓降的２5%即可。反映器內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計(jì)催化劑床層開(kāi)孔為了使反映氣體進(jìn)入催化劑床層與其充足接觸反映，我們需要在催化劑床層器壁上開(kāi)孔。床層的開(kāi)孔率是開(kāi)孔面積與總的有效傳質(zhì)面積的比值,其大小開(kāi)孔方式的影響。所開(kāi)孔直徑要不大于催化劑顆粒直徑，以確保催化劑不泄漏，我們選擇催化劑床層兩側(cè)對(duì)稱(chēng)交叉開(kāi)孔,開(kāi)孔率的計(jì)算公式以下:由于丙烷脫氫是一種分子數(shù)增加的反映,因此在催化劑床層兩側(cè)開(kāi)孔大小是不同的,所設(shè)計(jì)反映布?xì)馄鞯拈_(kāi)孔率為4%，集氣開(kāi)孔率為6%。催化劑床層外側(cè)的總面積為S=2x3.14X1．04x6=3９.207m2,因此布?xì)忾_(kāi)孔區(qū)的面積為S１＝Sxφ1＝1.568m２,開(kāi)孔直徑為1.５mm，由此可算得開(kāi)孔個(gè)數(shù)為,圓整后的開(kāi)孔個(gè)數(shù)為８87７5７個(gè)。同理可得催化劑床層內(nèi)側(cè)的總面積為S=2x3.1４Ｘ0．6x6=２２.６08m２,集氣開(kāi)孔區(qū)面積為S2=Ｓxφ2=1．356m2,開(kāi)孔直徑為１.５mm,由此可算得開(kāi)孔個(gè)數(shù)為，圓整后的開(kāi)孔個(gè)數(shù)為767７29個(gè)。為了確保布?xì)饩鶆?，還需要有一定的料封高度,取上段為0.7５m，下段為0.25m,總的開(kāi)孔高度為５m，內(nèi)外側(cè)高度相似。催化劑分布器反映體系為氣固相催化反映,反映器為模擬移動(dòng)床反映器，反映氣徑向通過(guò)催化劑床層，因此規(guī)定反映氣與催化劑能均勻接觸，并且緩慢移動(dòng)的催化劑床是在反映器和再生器的環(huán)路中循環(huán)的，因此各催化劑床層頂部需設(shè)立儲(chǔ)存分布器。催化劑分布器最大能儲(chǔ)存催化劑的質(zhì)量為25．1噸,催化劑密度為38０0kg/m3,因此分布器的體積為６.６m3,根據(jù)反映器大小直徑為20０0mm，則高度為2.2m。氣體分布器由于氣體的流動(dòng)擴(kuò)散性和可壓縮性,因此在反映氣進(jìn)入催化劑床層反映之前有必要對(duì)氣體進(jìn)行分布使其均勻的進(jìn)入床層,與催化劑充足均勻的接觸，提高催化劑的運(yùn)用率，進(jìn)而提高反映轉(zhuǎn)化率。反映器管口計(jì)算進(jìn)料管(以第一臺(tái)反映器為例)反映器混合氣進(jìn)料流量G=４６11３.5７６=12.837混合氣在管內(nèi)的流速取3０ｍ/s進(jìn)料管選擇接管尺寸: Φ820×１0出料管反映器混合氣出料流量出料管連接管尺寸:φ820×10吹掃空氣入口根據(jù)工藝需要選擇接管尺寸：φ630×１０催化劑進(jìn)料口根據(jù)工藝需要選擇接管尺寸：φ2５×2.5催化劑出口根據(jù)工藝需要選擇接管尺寸:φ2５×2.5排凈口根據(jù)工藝需要選擇接管尺寸:φ4５×2．５人孔根據(jù)工藝需要選擇接管尺寸：φ500催化劑床層固定鋼根據(jù)工藝需要，我們選用六個(gè)規(guī)格為４5*６mm,質(zhì)量為3.99ｋｇ/m的角鋼來(lái)連接床層外壁和筒體內(nèi)壁，起到固定的作用。加熱爐丙烷脫氫是分子數(shù)增加的強(qiáng)吸熱反映，通過(guò)一段時(shí)間的反映后,反映器出口的溫度會(huì)降到反映活性溫度一下,為了確保反映正常進(jìn)行，我們選擇對(duì)反映器進(jìn)行級(jí)間加熱,加熱方式是加熱爐,所用燃料是從泉港石化工業(yè)園區(qū)的新奧燃?xì)夤举?gòu)置的天然氣。機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核反映器材料的選擇鑒于本設(shè)計(jì)的反映溫度為５93℃，反映壓力為0.1MPa,因此在選材上我們選耐熱耐蝕等性能都比較好的合金鋼：０Cr18Ni9。反映器筒體厚度的選擇設(shè)計(jì)溫度:T=5９3℃設(shè)計(jì)壓力：Pc=０．1x1.1＝0.11MＰａ鋼板負(fù)偏差Ｃ１=-0.3mm考慮氫腐蝕,取腐蝕裕量Ｃ2=4mｍ材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力［σ]t=68.2MPａ焊接接頭系數(shù)φ=１可得計(jì)算厚度為:不銹鋼的最小厚度是2mm。名義厚度:n＝+C１+C２=２+0.３+4=６.3ｍm查閱筒體原則，最后將名義厚度圓整為7ｍｍ。筒體的有效厚度:e=tｎ-C1-C2＝２.7mｍ。反映器封頭厚度的計(jì)算本工段工藝采用絕熱式徑向移動(dòng)床反映器，為了美觀,我們選用帶有折邊為1０0mm的上封頭,即公稱(chēng)直徑DＮ=220０mm，和帶有折邊為200mm的下封頭,即公稱(chēng)直徑DN=mｍ。型號(hào)是EHA型。封頭需要與反映物質(zhì)直接接觸,根據(jù)物性及腐蝕數(shù)據(jù),材料選擇與筒體材料相似的0Cr18Ｎｉ9,腐蝕余量為4mｍ，鋼板負(fù)偏差為0.3mｍ理論計(jì)算厚度：不銹鋼的最小厚度是2mm。名義厚度：查閱封頭原則，最后將名義厚度圓整為7mm。即。有效厚度：同理可得下封頭的厚度數(shù)據(jù):理論計(jì)算厚度:不銹鋼的最小厚度是2mm。名義厚度：查閱封頭原則,最后將名義厚度圓整為7ｍm。即有效厚度:液壓實(shí)驗(yàn)校核液壓實(shí)驗(yàn)的壓力:液壓實(shí)驗(yàn)容器應(yīng)力:查表得,σｓ=205MPa，0.9σs=１8４.5MPa，由于σｔ<０.9σs,因此能夠進(jìn)行液壓實(shí)驗(yàn)。最大允許工作壓力：由于[P]>Pc=0.11MPa,因此反映器的壓力符合設(shè)計(jì)規(guī)定。反映器的最大工作應(yīng)力：σt＝Ｐｃx（Ｄｉ+e）/２ｅφ=48.94MPa,σt<[σ］，因此反映器所受應(yīng)力符合設(shè)計(jì)規(guī)定。反映器強(qiáng)度校核對(duì)催化劑床層段進(jìn)行SW6強(qiáng)度校核見(jiàn)下表：表3－２SW6第一次校核成果圓筒計(jì)算計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GＢ１50．3－計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.11MPa設(shè)計(jì)溫度ｔ5９3Ｃ內(nèi)徑Di24００．００ｍm材料S30４08(板材)實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力13７ＭPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t68.２MＰa實(shí)驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s205ＭPa鋼板負(fù)偏差C10.30ｍm腐蝕裕量C2４.０0mm焊接接頭系數(shù)1.0０厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度＝=1.9４ｍm有效厚度e=n－Ｃ1-C2=2.70mｍ名義厚度n=7.00ｍｍ重量２493.06Kg壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PT=1．25Ｐc＝0.２７6２(或由顧客輸入)ＭPa壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平TT0.9０s=18４．50MPa實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力Ｔ==1２2.90ＭＰa校核條件ＴT校核成果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]＝=0.15328ＭPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==4８.9４MＰaｔ6８．2０MPa校核條件t≥t結(jié)論合格內(nèi)壓橢圓上封頭校核計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GB150.3-２０1１計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.11MPa設(shè)計(jì)溫度ｔ５93C內(nèi)徑Di2400.00ｍm曲面深度hｉ550.00ｍｍ材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t６８．2MPa實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力1３7.０0MPa鋼板負(fù)偏差C10．30mm腐蝕裕量C２4.00mm焊接接頭系數(shù)１．00壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PT＝１．25Pc=０.27６2(或由顧客輸入)MＰａ壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力tT0．90s=18４.5０ＭPa實(shí)驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==１38.３9MＰa校核條件ＴT校核成果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==１.1267計(jì)算厚度h=＝2.18mm有效厚度eh＝nh-C1-C2=2.7０mm最小厚度ｍｉn＝７．20mm名義厚度nh=7．０0mｍ結(jié)論不滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定重量３３０．4０Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw］==0.00000MPａ結(jié)論不合格,不滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定內(nèi)壓橢圓下封頭校核計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GB150.3-201１計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Ｐc0.１1MPａ設(shè)計(jì)溫度t593C內(nèi)徑Dｉ２40０.00mm曲面深度hi５００.00mm材料S3０408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t68.２MPa實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MＰa鋼板負(fù)偏差C１0．3０mｍ腐蝕裕量Ｃ24．００mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PT=１.25Pｃ=0.２76２(或由顧客輸入)ＭＰa壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力ｔT０．90s=184.50ＭPa實(shí)驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T＝＝158.８4MPａ校核條件TT校核成果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)Ｋ=＝1.2933計(jì)算厚度h==2.5mm有效厚度eh=nｈ－Ｃ1-C2=2.７0mm最小厚度min＝7.20mm名義厚度ｎh=８.00mm結(jié)論不滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定重量322.78Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力［Pw]＝＝０.0０0０0MPa結(jié)論不合格(不滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定)由ＳＷ6校核可得,原則橢圓上下封頭厚度都要圓整,為了焊接方便，筒體的厚度也要圓整，根據(jù)ＳW6所給建議和厚度裕量,我們選擇將筒體及封頭厚度都圓整到14mｍ，再對(duì)其進(jìn)行校核。表3-3ＳW6最后校核成果圓筒計(jì)算計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GB150.3－２0１1計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0．1１MPa設(shè)計(jì)溫度t5９3C內(nèi)徑Di2４００.00ｍm材料S3０408（板材)實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137MＰa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t68.２MPａ實(shí)驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s205MPa鋼板負(fù)偏差C１0．３0ｍm腐蝕裕量C24．00mm焊接接頭系數(shù)1.0０厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==1.94mｍ有效厚度e=n-C1-C２=9.70ｍm名義厚度n＝１4.00mm重量5000.62Ｋg壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PＴ=1.25P＝0.27６2(或由顧客輸入)MPa壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平TＴ0.90s＝1８4．５0MPa實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力Ｔ==34．31ＭＰa校核條件TT校核成果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw］==0.549０6MPａ設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t＝=13.6６MＰat6８.２0MPa校核條件t≥ｔ結(jié)論合格內(nèi)壓橢圓上封頭校核計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GB1５0．3－２011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pｃ0.1１MPa設(shè)計(jì)溫度ｔ５93C內(nèi)徑Di２40０.0０mm曲面深度ｈi550.0０ｍm材料S3040８(板材）設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t6８.２ＭＰa實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力１37.0０ＭＰa鋼板負(fù)偏差C1０.30ｍm腐蝕裕量Ｃ2４．00ｍm焊接接頭系數(shù)１.０0壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PＴ=1．2５Ｐc=０.2７62(或由顧客輸入)MPa壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力ｔT０.90s＝184.50MPa實(shí)驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==38.57MＰa校核條件TT校核成果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)Ｋ＝＝１.1267計(jì)算厚度h==2.１8mｍ有效厚度eh=nｈ-C1-C2=9．70mm最小厚度mｉn=7.20ｍm名義厚度nh＝1４.００mm結(jié)論滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定重量6６5.65Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力［Ｐｗ]==０.488４0MPa結(jié)論合格內(nèi)壓橢圓下封頭校核計(jì)算單位河北工業(yè)大學(xué)-烷轉(zhuǎn)工藝計(jì)算所根據(jù)的原則GB1５0．3-2０11計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.11MPａ設(shè)計(jì)溫度t593Ｃ內(nèi)徑Dｉ２4０0.00mm曲面深度hi500．００ｍm材料S３0408（板材）設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t68.2MPa實(shí)驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137．00MPa鋼板負(fù)偏差C1０.30mm腐蝕裕量Ｃ24.00mm焊接接頭系數(shù)1．00壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)類(lèi)型液壓實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)壓力值PT=１．25Pｃ＝0．２762(或由顧客輸入)MPａ壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力ｔT0.90s=１84.50MPａ實(shí)驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力Ｔ==44.62MPa校核條件TT校核成果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)Ｋ==1．２93３計(jì)算厚度h=＝2.５mm有效厚度eｈ=nh-C1-Ｃ2=9.７0mｍ最小厚度miｎ=7.20mm名義厚度nh＝14.0０mm結(jié)論滿(mǎn)足最小厚度規(guī)定重量650．３7Kｇ壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Ｐw]＝=0.42559MＰa結(jié)論合格校核成果：筒體、封頭厚度均為14mm合格。反映器封頭的選擇根據(jù)鋼制壓力容器設(shè)計(jì)原則和SW６校核成果，所選用封頭的尺寸以下：公稱(chēng)直徑DN／mm曲邊高度h1/ｍm直邊高度h2/mm壁厚Ｓ/mｍ內(nèi)表面積F／m2容積V／ｍ3質(zhì)量G／kｇ上封頭220０55025145.4１.４９511．８下封頭５０040144.571.185０６．９表３－４反映器封頭的尺寸設(shè)計(jì)成果總結(jié)(以第一臺(tái)反映器為例)表3-5反映器的參數(shù)反映器參數(shù)反映溫度℃5９３反映壓力ＭPa０．1選材０Cｒ１８Nｉ9反映器內(nèi)徑mm反映器壁厚ｍｍ1４催化劑床層長(zhǎng)度ｍ6催化劑床層厚度mｍ40,34，３4,4２催化劑分布器直徑mm20０0催化劑分布器高度m２．2氣體分布器直徑mm2400氣體分布器高度m1封頭參數(shù)環(huán)境溫度℃５9３受內(nèi)壓Ｍpa０.1選材０Cr18Ni