2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛作品武汉工程大学年产20万吨醋酸乙烯酯分厂生产项目设计文档05-设备设计及选型说明书

2019”东华科技ー恒逸石化杯"第十三届全国大学生化工设计大赛・新疆维美化工有限责任公司年产20万吨醋酸乙烯酯分厂设计项目.：；7 设备选型与设计说明书・シ设计团队:武汉工程大学WIT团队

团队成员:曾佳郑磊钊吴佳文杨琪尹辉

指导老师:杨犁金放张林锋

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章醋酸乙烯反应器的设计 5设计目标 5反应器选型 5反应器类型 5反应器类型确定 9反应动力学分析 11反应条件的选择 12反应条件确定 13反应器体积设计 13反应器进出口物料组成 13进ロ物料组成 13催化剂装填的确定 14传热校核 14污垢热阻 14换热面积 14热负荷 15总传热系数（含污垢热阻） 15导热油用量 16选用材质 16反应器设计条件 16设计压カ 16设计温度 16反应器结构参数设计 16反应器高度 16反应器筒体直径 17管板 17接管 18气体分布器 19人孔 19SW6强度校核计算说明书 19反应器设计小结 30反应器装配图 31\o"CurrentDocument"第二章塔设备设计 32设计规范 32设计要求 32塔的选型 32精微塔的选型原则 32精徳塔的类型 33精储塔选型 39液体分布装置的选择 40除沫装置的选择 41塔设备设计步骤 41塔设备设计举例 42脱醋酸塔T0301 42精馆塔强度校核 50精徳塔装配图 67\o"CurrentDocument"第三章换热器选型 69换热器设计依据 69换热器简介 69换热器选用原则 71基本要求 71介质流程 72终端温差 72流速 72压カ降 73传热膜系数 73污垢系数 74换热管 74换热器型号表示方法 76换热器选型示例（以E0303为例） 76选型用软件ー览 76エ艺参数确定 77换热器结构参数的确定 79换热器结构校核 84圆整后结构参数 84换热器机械强度校核 88换热器装配图 97换热器选型ー览表 97\o"CurrentDocument"选型 99泵类型和特点 99泵选型原则 101泵选型（以P0101为例） 102泵选型ー览表 104\o"CurrentDocument"第五章储罐选型 107选型依据 107储罐类型 107储罐系列 107选型原则 108原料储罐 109醋酸 109乙焕 109碳酸钾溶液 110氯仿 110产ロロ储罐 111醋酸乙烯酯 111乙醛 111丙酮 112丁烯醛 112储罐选型ー览表 113\o"CurrentDocument"第六章压缩机选型 114压缩机分类 114压缩机适用范围 115压缩机选型 116压缩机エ艺参数 116压缩机,鼓风机选型ー览表 118第一章醋酸乙烯反应器的设计1.1设计目标反应器为エ艺流程中反应进行的场所,主要需要满足:(1)反应器有良好的传热能力;(2)反应器内温度分布均匀;(3)反应器有足够的壁厚,能承受反应压カ;(4)反应器结构满足反应发生的要求,保证反应充分;(5)反应器材料满足反应物腐蚀要求；(6)保证原料有较高的转化率,反应有理想的收率；(7)降低反应过程中副反应发生的水平反应器选型反应器类型醋酸乙烯的合成是放热反应,并且为气固催化反应。本设计的主要反应是由固体催化剂催化的气相反应,常见的气固相反应器主要有固定床、流化床和移动床三大类。固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器,是一种装填有固体催化剂用以实现多相反应的反应器。固体催化剂通常呈颗粒状,粒径2〜15mm,堆积成一定高度(或厚度)的床层,床层静止不动，流体通过床层进行反应。目前我国的固定床反应器技术比较成熟,主要用于气固相催化反应。固定床反应器可分类为三种基本形式:①轴向绝热式固定床反应器(见图1-1)。流体沿轴向自上而下流经床层,床层同外界无热交换。②径向绝热式固定床反应器(见图1-2)。流体沿径向流过床层,可采用离心流动或向心流动,床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比,流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压カ降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器，适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。③管式固定床反应器(见图1-3)。反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却,管径通常在25〜50mm之间，管数可多达上

万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应此外,尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器,称为多级固定床反应器。例如:当反应热效应大或需分段控制温度时,可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器(见图1-4),反应器之间设换热器或补充物料以调节温度,以便在接近于最佳温度条件下操作。图!-1轴向绝热式固定床反应器图!-2径向绝热式固定床反应图1-3列管式固定床反应器图1-4多级绝热式固定床反应器固定床反应器有如下优点:(1)可以严格控制停留时间，温度分布可以适当调节，流体同催化剂可进行有效接触,当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。(2)反应速率较快,可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。(3)催化剂机械损耗小。(4)结构简单。固定床反应器有如下缺点:(1)传热差,反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制，急剧上升,超过允许范围);(2)操作过程中催化剂不能更换,催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用,常代之以流化床反应器或移动床反应器。流化床反应器流化床反应器是ー种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时,又称沸腾床反应器。按流化床的运用状况主要分为以下两类:ー类是有固体物料连续进料和出料的装置,主要用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程,催化剂在几分钟内即显著失活,须用上述装置不断予以分离后进行再生。(2)另ー类是无固体物料连续进料和出料装置,主要用于固体颗粒性状在相当长时间(如半年或一年)内,不发生明显变化的反应过程。如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程,称为流体相加工过程。常见的流化床如下图2-5所示:图L5流化床反应器工作示意图与固定床相比，流化床反应器的特点主要有以下几点:a.可以实现固体物料的连续输入和输出;b.流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应。c.流化床适合使用细粒子催化剂,易消除内扩散阻カ,能充分发挥催化剂的效能。d.由于返混严重,可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差,导致气体反应得不完全。因此,通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。e.固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带,也使流化床的应用受到一定限制。为了限制返混，可采用多层流化床或在床内设置内部构件。这样可在床内建立起一定的浓度或温度差。此外,由于气体得到再分布,气固间的接触亦可有所改善。等温过程需要维持反应体系温度大致在一定的范围内波动,温度变化不大,同时可使反应在最佳反应温度下进行，从而获得较高的转化率;但是针对等温过程的反应器要求较高,控制等温是关键。移动床反应器移动床与固定床相似,不同的是固体颗粒自顶部连续加入,由底部卸出.移动床离子交换树脂在交换器、再生器和清洗塔之间,周期性流动的离子交换装置。移动床与固定固定床的差别在于反应过程中催化剂从反应器入口向出口缓慢运动,新鲜催化剂（或再生好的催化剂）从反应器入口进入，失活的催化剂从反应器出口移出，进行再生。催化剂运动速度较慢,没有达到流化状态。如UOP与!FP连续重整エ艺中的移动床反应器。如下图2-6所修动床取耐等 移动床吸附器的唳附剂控制机构1冷却器,2脱附堵:3分配板，4提升管，5一再生證，6-«1附剤控制机械,”固粒料控制器.8ー對田装置,9出料内口图1-6移动床吸附器各类反应器区别固定床可以处理高灰分,高灰熔点的煤,投资小,环保差、气流床产量最大,但对煤种有一定要求;流化床现在压カ加不上去，推广受限。这三种床最关键的就是设计床体,现在在国内设计床体大多数是一种经验估算和模拟实验,扩大到エ业生产上往往存在很多缺点。它们的主要区别还得看用途,物料的性质,既是物理过程还是化学反应过程。固定床和移动床比较适合气ー气、气ー液和液ー液反应,床层本身作为催化剂,优点是返混小,固相带出少,分离简单。流化床的床型是设计中很重要的，与反应体系的匹配要求比较高。此外，操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。流化床的传热和破汽泡、沟流措施也是研究比较多的。流化床需要注意的是不能堵塞气体分布器，堵了很麻烦的。固定床、移动床和沸腾床的区分是依据向床层内通气量的大小而定的，随着通气量的增加,一次是固定床、鼓泡床（沸腾床）,湍动床,输送床。移动床严格意义上属于流化床的范畴,是颗粒整理向下移动,床层高度不变,例如炼油中的催化重整エ艺,是典型的移动床エ艺。至于应用范围和优缺点,相对而言流化床技术具有良好的传质、传热和各项均匀性,生产规模大,应用的最广泛,例如基于循环流化床开发的各种煤气化、燃烧エ艺等等。固定床和移动床受传质传热的限制,规模小,但是装置投资小,例如鲁奇的碎煤气化技术,就是典型的固定床，通常需要几台炉子ー起交替生产,实现整个过程的连续。反应器类型确定醋酸乙烯合成反应为放热反应,因此不宜在过高的温度下进行,在保证反应速率的情况下,使得反应能在180-190C的温度下进行,从而使反应进行的程度更大。乙焕与醋酸蒸汽按一定的比例（在后面动力学会具体谈到）加入反应器中,整个反应过程基本保持温度恒定,以保持一定的反应速率。同时，在某适宜的温度下进行反应,可以增大目标产物的选择性,抑制副产物的生成。由于反应物全是气体,故整个反应是均相反应过程,并采用醋酸锌ー活性炭固体催化剂,则选择固定床管壳式反应器。并且反应所用的催化剂不需要频繁更替，从而克服了固定床反应器的缺点。采用固定床管壳式反应器，可使得催化剂机械损耗小,从而降低了催化剂的用量,同时,在此反应器中,反应器造成的返混小,流体与催化剂可进行充分接触,反应转化率高。固定床管壳式反应器结构简单,设备费用低。1.2.2.I换热方式本工段需要对反应器温度进行控制,保持反应器温度在一定范围内波动,同时可使反应在最佳反应温度下进行，从而获得较高的转化率。但是针对等温过程的反应器要求较高,控制等温是关键，一般采用导热系数较高的热管、均匀夹套式等都可以尽量实现这ー目标。对于醋酸乙烯反应器的温控措施,采用反应物料走管程,冷却介质走壳程的方式,两股物料在管壁上进行热量传递。在进行该反应器设计时，需要通过严格计算，确定其反应过程中需要的换热面积。1.2.2.2醋酸乙烯合成反应器结构简介醋酸乙烯合成反应器类型为换热式固定床催化反应器,如图2-7所示,其外形类似列管式换热器,管内装催化剂,管间通换热介质(或载热体)以移出管内反应产生的热量。换热介质应性质稳定、无腐蚀、热容大、廉价等,根据本反应操作温度范围及热效应大小,选择的换热介质为30℃、1.2MPa导热油。气固相固定床催化反应器的优点较多:(1)在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此反应物浓度高,化学反应速率较快,在完成同样生产任务时,所需要的催化剂用量和反应器体积较小;(2)气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性;(3)催化就不易磨损,可以较长时间连续使用;(4)适宜于高温高压条件下操作；图1-7醋酸乙烯酯合成反应器示意图反应动力学分析乙焕气相法生产生产醋酸乙烯酯属于固体催化剂下的气相反应。根据相关文献,大约在乙快与醋酸的进料比大于2.5时,可以认为该反应是对于乙焕的1级反应。所用的催化剂是新型Zn(Ac)2ー活性炭催化剂。主反应为:ch3cooh+c2h2->ch3coochch2根据文献，联合化学反应工程研究所浙江大学分所分别用实验和计算机模拟对该反应的动力学进行了研究。最终确定反应的动力学方程为:-rA=kQ•expRT•pAk0=2.61x1012mol/(h•m3•MPa)Eo=71997.7J/mol符号说明:A——乙焕なー对乙焕的反应速率Eq 反应活化能,J/molk0——速率常数,mol/(/i・m3・MPa)R 气体普适常数,8.314J/(mobm2•K)T——反应器平均温度,KPa——分压,MPa由于AspenPlus的表达形式有限，即AspenPlus的默认的速率常数单位セ〇为knw，/(s•Tn3-Pa)»如图2-8：TheunitsforthepreexponentialfactorareasfollowsfortheRateBasisReac(vol):When[Ci]BastsIsUnttsare:(Toisnotspecified)Unitsare:(Toisspecified)MolaritykgmoleK*1secm3kgmolesecm一(kgmole丫、[m5)(kgmoleIm")MolalitykgmoleK*sec-m3kgmolesec-m3(kgmole)(kgmole|“hq丿Molefraction.Massfraction,orMolegammakgmoleIC11secmkgmole3sec-mPartialpressureorfugacitykgmoleK'nsecm3kgmaesecm3啓广(ザMassconcentrationkgmoleKnsec-m3kgmolesec-m3&r(黑)WhenRateBasisisCat(wt),substitutesec-kgcatalystforsecmineachexpressionabove.Foreitherratebasis,thereactorvolumeorcatalystweightusedisdeterminedbythereactorwherethereactionoccurs.Note:Whenwaterisincludedinthereactionandmolalitybasisisselected,molefractionisusedforwaterinsteadofmolality,sincethemolalityofwaterwouldjustbeaconstant.Asaresult,excludetheexponentofwaterfromthesumifbasisismolality.图1・8AspenPlus中反应速率r的单位图所以要将文献中的速率常数而单位转化为mo〃(s・血3•Pa),即:

k0=2.61x1012+106+3600+103kmol/(s»m3•Pa)=0.725Amo/・(s»m3»Pa)将上式输入到Aspen中,如图2-9和2-10：图1-9乙块和醋酸的级数1)C2H2(MIXED)+CH3C00H(MIXED)->VINYL-01(MIXED)，Reactingphase:Vapor ▼ Ratebasis: Reac(vol)PowerLawkineticexpressionIfToisspecified: Kineticfactor=k(T/To)ne-(0町【1"""°】IfToisnotspecified: Kineticfactor=kTneic0.725n:0E:71997.7kJ/kmol ▼To:C ▼[Ci]basis:Partialpressure▼图1-10主反应的动力学参数图反应条件的选择蒋王光等人做了该反应的动力学试验。乙快和醋酸的合成反应为放热反应,温度对于该反应的速率影响很大,每升高1C,醋酸的转化率大约增加1倍,所以采用非等温固定床积分反应器来模拟本反应。在稳态操作的条件下,保持一定的轴向温度分布,使反应易于控制，同时可以避免温度变化引起的模拟误差,更接近生产操作条件。在反应器内必须装填新鲜的催化剂，并且保证反应气体为平推流和尽量减少径向温差,也要按照一定的催化剂粒径与反应器内径的比率,我们选择的催化剂为2mm左右的圆柱形粒子。反应温度控制在160-200°。之间,乙快和醋酸的摩尔比在2.5〜6.5之间最为合适,空速在250h"左右,用以排除外扩散和内扩散的影响。反应条件确定经AspenPlus8.6对反应条件模拟优化得:反应温度为180-19（TC,反应压カ为2.06MPa,乙焕与醋酸进料的摩尔比为3.23:1。反应器体积设计反应器进出口物料组成进ロ物料组成表7进口物料组成物料名称摩尔流率kmol/hr组成（摩尔分数,%）乙狭210076醋酸65023.5醋酸乙烯0.90乙醛0.40水10.90.4巴豆醛0.50丙酮0.260阻聚剂0.30出口物料组成表1-2出口物料组成物料名称摩尔流率kmol/hr组成（摩尔分数,%）乙烘1808.1673.2醋酸358.15914.5醋酸乙烯292.74111.8乙醛0.40水10.90.4巴豆醛0.50丙酮0.260阻聚剂0.30催化剂装填的确定在蒋王光等人做的动力学实验中,空速取为250h」，由此便可以算出反应器的体积以及反应物在反应器中的停留时间。由Aspen知醋酸乙烯反应器进口总体积流率vo为4940.56nrVh,故求出反应的有效总体积:体积流量4940.56血3"V= =-―，， =19.76m3空速250ガ1Aspen的模拟中,设定用到了1965根管,管径为0.05m,管长7m,则反应器的总体积为:y=-.d2.L.n=x〇052x7x1965=20.72m3根据文献的,催化剂的装填密度为400kg/m3左右，则催化剂质量为:(V^-V)・p=<20.72—19.76丿X40=384.8kg结合文献，得知该反应器的床层缝隙率约为0.433〇将这些参数一并输入到Aspen的反应器中进行模拟。传热校核污垢热阻反应器在运行一段时间后,流体介质中的可沉积物会在固定床催化反应器换热表面上生成垢层。垢层的生成对传热产生附加热阻,使总传热系数减小,传热速率下降。对于本反应器的管程来说,由于内部通入乙焕和醋酸，属于有机物气体,则管壁内侧的污垢热阻为R」=0.000172(m2.K)/W,反应器壳程通入中压饱和水，则管壁外侧的污垢热阻为Rs2=0.00034(m2-K)/Wo换热面积换热总面积(基于反应管外表面)：Ao=nd0L•n=nx0.0056x7x1965=242.0m2式中:Ao为换热总面积,m2；do为反应管外径,m；L为反应管管长,m；n为反应管总数。

热负荷由Aspen数据得,反应器的热负荷为8546.7KW总传热系数(含污垢热阻)b也kdm+L2+瓦=—X—b也kdm+L2+瓦=—X—+0,000172X—+—X—+0,00034+—1000 0.050.05 45.00 0.0533500=2.01X10-3(m2»K)/W式中:心:总传热系数;W/(m2*K)用:管内侧给热系数;W/(m2-K),此处取1000W/(m2.K)も:管外侧给热系数;W/(m2-K),此处取3500W/(m2・K)；d]:内管径；m;此处取0.050md2t外管径;m;此处取0.056mdm:对数平均直径;m;此处取0.053mb:间壁厚度；m；此处为0.003mk:给热系数；W/(mK)；45.0W/(m-K)Rsl:管内污垢热阻；2m2K/W；0.000172m2-K/WRs2i管外污垢热阻；m2-K/W；0.00034m2-K/W；因此:^2=498.014//(m2・K)再由厶[=.セノ一Gー小=相)- =・3771 ।(Tr-t2) ,<180-25)ln^p 1，0向式中:T1管程进ロ温度,T1=18O℃；L壳程进ロ温度,tl=25℃；T2管程出口温度,T2=190℃；t2壳程出口温度,t2=140℃.那么,平均传热系数:“QA— Kdtm“QA— Kdtm=184.97712449.8x92.8式中:Atm为平均传热温差系数;K为总传热系数;Q为传热速率,W.面积裕量为:Ao-A 242.0-184.9H=———x100%= x100%=30.9%Ao 184.9因此设计的换热面积满足换热要求。导热油用量反应器壳程利用导热油进行换热,对管程强制冷却,因此导热油用量为:Q8546.7x1000%=歯F=3.5x(140-25)=2123皿选用材质由于该换热器中用导热油做换热介质,换热温度较高,因此为防止在高温条件下反应器发生腐蚀或敢问热变形,采用耐热耐腐蚀的不锈钢,在压力容器设计中一般常用的不锈钢为18-8系不锈钢,选用Q345R作为该反应器的主体材料。支座选用Q235A。管程是180-190c的混合气,其中有醋酸气体,具有较强腐蚀性，所以选用S22053作为管材。反应器设计条件设计压カ由2.5分析,确定本反应器管程的操作压カ是2.06MPa,壳程通入换热介质,通入此反应器中的换热介质为20C导热油,反应器的设计压カ需在操作压力的1.1倍。故本反应器管程的设计压カ为2.27MPa。设计温度由2.7.5分析，确定本反应器管程操作温度是180-190C,壳程通入换热介质，通入此反应器中的换热介质为20-90C导热油,由于反应器设计温度一般比操作温度高,故本反应器取管程设计温度为200C,壳程设计温度为150C。反应器结构参数设计反应器高度固定床催化反应器反应管内径为も=50mm,管外径为d=56mm,管长为L=7m。根据反应器有效反应体积计算管根数n为!965根。筒体顶部空间:根据《压カ容器手册》,Hi=lm;筒体底部空间，根据《压カ容器手册》,H2=lm;封头高度,H3=725mm»其中直边段H4=20mm；总、高度H=7+1+1+2x0.725=10.45m反应器筒体直径固定床催化反应器反应管在管板上按正三角形排列,按计算列管式换热器直径同样的方法计算反应器直径:D=[not2sin60°x^]1/24-e （2.13式）式中:D为反应器直径,m；n0为反应器的反应管根数;t为管心距,m；e为最外管心距壳体的距离，m。管心距t一般取管外径的1.25倍,故t=1.25d=1.25x56=70mm式中：d为反应管外径,m；反应器直径:D=not2sin6O°X-4-e—=（1965x0.072xsin60°x-；24-0.056=3314.3mm圆整化后取D=3400mm。3管板管板是该反应器的ー个重要元件,它除了与管子和壳体等连接外,还是换热器中的ー个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合理考虑其结构设计。（1）管板结构管板与法兰连接的密封面为凸面,管板用来固定换热管并起着分隔管程、壳程的作用。（2）管箱与管板的连接结构管箱与管板的连接结构形式较多，随着压力的大小、温度的高低以及物料性质、耐腐蚀情况不同,连接处的密封要求、法兰形式也不同,所以在设计中应合理选择连接形式。本换热器选用的管板兼作法兰,其与管箱法兰的连接形式比较简单,采用气密性较高可选用凹凸面形式。（3）换热管与管板连接结构换热管与管板的连接在,在管壳式换热器的设计中,是ー个比较重要的结构部分。它不仅加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备的运行中，保证介质无泄漏及承受介质

压カ的能力。由于强度胀接结构简单,换热管修补容易,本换热器采用带环形槽的强度胀接,以提高抗拉脱力及增强密封性。（4）折流板本换热器采用单弓形折流板，圆缺率为40%,查阅相关资料标准可取，折流板的间距为500mm,板数为10块,厚度为10mm。4接管根据《化工原理》知道常见原料气体管内常用的流速范围见图:充体及麹料 流域附（毗）水及低浓度液体（lXI05Pa-lxi06Pa）1.5~3.0工业供水（81X105Pa以下）1.5~3.0他和納2070—12-15体（*め10-20图!-11流速范围（1）进料管尺寸管径d和管内流速u的关系为:d=pヽnu其中qv:反应器的体积流量,4940.56m3/h；d=4x4940.563600xn-x20d=4x4940.563600xn-x20=0.296m根据《GB/T8163-2008无缝钢管规格表》将上述数据圆整到305mm,壁厚10mm,则取（p325xl0mm的无缝钢管。（2）换热介质接管尺寸反应器冷却介质的体积流量,qv=21.23x103kg/h=0.021np/s依据上图,流速取3m/s；圆整为95mm,根据《GB/T8163-2008无缝钢管规格表》,取（pl08x6mm的管。表1-3接管尺寸接管类型物质流向内径壁厚外径物料接管上进下出30510325换热介质接管下进上出966108(3)出料管尺寸由Aspen数据可知,气体进出料流率一致,因此,气体出料ロ也选择外径为325mm的管子。5气体分布器气体分布器其作用是将反应气体均匀的送入反应器,保证良好的起始反应条件和稳定操作状态。在反应器实际操作过程中,往往存在反应物气流分布不均匀,造成催化剂不能充分利用的问题。尤为重要的是,浓度不均匀的原料气在高温反应下很容易引发エ业爆炸事故。本项目进料口采用了锥形分布器,以保证反应混合气进料均匀。图!-12锥形气体分布器6人孔对于筒体设备来说,都需要开设人孔,方便检修,故对于直径3.4m反应器来说,选择工程直径为500mm的人孔,且在进料口上方和出料口下方设置1个,然后每隔4m开设ー个人孔。故反应器ー共开设3个人孔。SW6强度校核计算说明书固定管板换热器设计计算 计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所固定管板换热器设计计算 计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所设计计算条件壳程管程设计压カP.1.32MPa设计压カP,2.27MPa设计温度 ts150℃设计温度ん200℃そDi3400mm管箱圆筒内径Di3400mm材料名称Q345R材料名称S22053简图计算内容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头（平盖）校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头（平盖）校核计算开孔补强设计计算管板校核计算

前端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压カPc2.27MPa11i1■,设计温度t200.00℃内径Di3400.00mm材料S22053 （板材）试验温度许用应カ2]230.00MPa设计温度许用应カ[CT]'230.00MPa■ーぐ・■ー/试验温度下屈服点6450.00MPa钢板负偏差G0.30mm1腐蚀裕量。21.00mm焊接接头系数1/>0.85厚度及重量计算计算厚度5=-,ザ'一=19.852\a\l（p-Pcmm有效厚度5e=8n-C|-C2=20.70mm名义厚度8n=22.00mm重量1856.56Kg压カ试验时应カ校核压カ试验类型液压试验试验压カ值Pt=L25p1ZL=2.3000（或由用户输入）MPa压カ试验允许通过的应カ水平[o]t[o]t<0.90Os=405.00MPa试验压カ下圆筒的应カctt= +a）=223.582或.”MPa校核条件Ot<[o]t校核结果合格压カ及应カ计算最大允许工作压カ[Pn]=s+4）=2.36609MPa设计温度下计算应カct'=Pc（"+"）=187.5628eMPa[ザ。195.50MPa校核条件同たば结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度13.00mm,合格

前端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动カ控制系统研究所计算所依据的标准GB150.3-2011i-算条件椭圆封头简图计算压カPc2.27MPa设计温度/200.00℃内径Di3400.00mm曲面深度ホ700.00mm材料Q345R（板材）设计温度许用应カ［0］'160.00MPa试验温度许用应カ［0］181.00MPa■ ।Di钢板负偏差G0.30mm腐蚀裕量Ci1.00mm焊接接头系数</>0.85压カ试验时应カ校核压カ试验类型液压试验试验压カ值pr=1.25pM=2.3000（或由用户输入）MPa压カ试验允许通过的应カ［可,[g]t<0.90Os=283.50MPa试验压カ下封头的应カQt=ケ.（K°i+°.56e心161.2926efi，（pMPa校核条件Qt<【0]t校核结果合格厚度及重量计算形状系数1K=62+件）=1.3163计算厚度8h=,ど[—=37.512[びドナー0.5pcmm有效厚度8eh=8nh-Cl-C2=37.70mm最小厚度8min=10.20mm名义厚度8nh=39.00mm结论满足最小厚度要求重量3565.21Kg压カ计算最大允许工作压カ[pホ2[g]（（p6ch=2.28162KDj+0.S5chMPa结论合格后端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压カPc2.27MPa设计温度t200.00℃内径Oi3400.00mm材料S22053 （板材）试验温度许用应カ［b］230.00MPa设计温度许用应カ［Q］'230.00MPa

试验温度下屈服点CTs450.00MPa「」钢板负偏差G0.30mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数</>0.85厚度及重量计算计算厚度5=,グ=19.852mドアーPcmm有效厚度5C=5n-Cj-C2=20.70mm名义厚度5n=22.00mm重量1856.56Kg压カ试验时应カ校核压カ试验类型液压试验试验压カ值バ=1.25〃 =2.3000（或由用户输入）[<7]'MPa压カ试验允许通过的应カ水平[0]T[o]t<0.90Qs=405.00MPa试验压カ下圆筒的应カ5=P「（R+a）=223.582瓦.。MPa校核条件qt<【0]t校核结果合格压カ及应カ计算最大允许工作压カ2の⑻”业，ド（り+“）=2.36609MPa设计温度下计算应カct'=Pc（ザe）=187.5628eMPa195.50MPa校核条件cr。次’结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度13.00mm,合格

后端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动カ控制系统研究所计算所依据的标准GB150.3-2011i算条件椭圆封头简图计算压カPc2.27MPa8h ,设计温度t200.00℃内径Di3400.00mm曲面深度加700.00mm材料Q345R（板材）设计温度许用应カ[a]1160.00MPa试验温度许用应カM181.00MPa1 1D钢板负偏差Ct0.30mmu - 腐蚀裕量。21.00mm焊接接头系数”0.85压カ试验时应カ校核压カ试验类型液压试验试验压カ值pr=1.25pM=2.3000（或由用户输入）M1MPa压カ试验允许通过的应カCL[o]t<0.90Qs=283.50MPa试验压カ下封头的应カ5•、「パ通+0外山161.2926MPa校核条件<Jt<【0]t校核结果合格厚度及重量计算形状系数1K=62+（詁）=1.3163计算厚度8h=ス浮（—=37.512mド<p-0.5pcmm有效厚度Seh=5nh-C|-C2=37.70mm最小厚度Smin=10.20mm名义厚度8nh=39.00mm结论满足最小厚度要求重量3565.21Kg压カ计算最大允许工作压カ加“]=2团"5ch=2.28162K£>i+0.55chMPa结论合格内压圆筒校核计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压カPc1.32MPa设计温度t150.00℃内径Oi3400.00mm材料Q345R （板材）试验温度许用应カ[b]185.00MPa设计温度许用应カ[Q]'183.00MPa

试验温度下屈服点CTs325.00MPa口」け钢板负偏差G0.30mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数</>0.85厚度及重量计算计算厚度5=,ド=14.492[0ドアーPcmm有效厚度5C=5n-Cj-C2=28.70mm名义厚度5n=30.00mm重量21442.62Kg压カ试验时应カ校核压カ试验类型液压试验试验压カ值バ=1.25”回=1.4000（或由用户输入）[<7]'MPa压カ试验允许通过的应カ水平[0]T[o]t<0.90 =292.50MPa试验压カ下圆筒的应カCTt=P「（R+a）=98.382瓦.。MPa校核条件Gt<【0]t校核结果合格压カ及应カ计算最大允许工作压カ2の⑻”（り+“）=2.60407MPa设计温度下计算应カct'=Pc（"+.）=78.8528eMPa155.55MPa校核条件cr。次’结论合格

开孔补强计算 计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所接管:N1,屮325x12计算方法:GB150.3-2011等面积补强法,单孔设 计 条 件简 图计算压カPc1.32MPa设计温度150℃壳体型式圆形筒体1壳体材料 Q345R名称及类型 板材ArAjヽヽdL__Al壳体开孔处焊接接头系数o0.85壳体内直径Di3400mm壳体开孔处名义厚度な30mmヽ7/////Y壳体厚度负偏差G0.3mmA2ヽミ\\\ミ\A 瓦A 21壳体腐蚀裕量C21mm壳体材料许用应カ。］，183MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角(0)0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(0)接管实际外伸长度0mm接管连接型式插入式接管接管实际内伸长度0mm接管材料名称及类型S22053管材接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量1mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差Ch1.2mm补强圈厚度负偏差C,rmm接管材料许用应カ。r243MPa补强圈许用应カヤrMPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径305.4mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度814.488mm接管计算厚度•0.8198mm补强圈强度削弱系数卜0接管材料强度削弱系数/r1开孔补强计算直径d305.4mm补强区有效宽度B610.8mm接管有效外伸长度吊0mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A4425mm2壳体多余金属面积At4340mm2接管多余金属面积ん20_2mnr补强区内的焊缝面积ん90mm2A1+4+4=4430mm2,二大于A,不需另1加补强。补强圈面积a4mm2A-（ん+A2+A3）mm2结论:合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动カ控制系统研究所接管：N2,（pl08xl0计算方法:GB150.3-2011等面积补强法,单孔设 计 条 件简 图计算压カPc1.32MPa设计温度150℃壳体型式圆形简体

壳体材料 Q345R名称及类型 板材. B rヽ壳体开孔处焊接接头系数e