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摘要综述了氯乙烯的性质、用途及生产方法，简介了氯乙烯的合成方法及生产原理。
介绍固定床反应器工艺计算和结构计算情况。
根据设计条件和要求，通过物料衡算、热量衡算及其他工艺计算设计出年产7.5万吨氯乙烯的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降、催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。
本次设计采用乙炔合成法工艺合成氯乙烯。
原料由乙炔气和氯化氢原料气组成，其中乙炔气中乙炔含量为99%，氯化氢原料气中氯化氢含量为99%，乙炔气与氯化氢原料气以1:1.08配比进入混合器，混合后的气体经石墨冷却器冷却后进入除雾器进一步脱水，脱水后的混合气进入预热器，预热后进入装有以活性炭为载体的氯化汞催化剂的一组反应转化器进行第一次转化，经过初步转化的混合气体再进入二组转化器（乙炔转化率达到97.6%），副产物1,1-二氯乙烷的生成量约为0.9%左右）。
反应后的粗氯乙烯进入脱汞罐脱汞后进入除沫冷却器降温，降温后送至储罐。
通过反应的物料衡算、热量衡算、反应器选型、反应器尺寸计算，得到该反应器工艺尺寸。
设计采用直径为3200 mm的列管固定床反应器，有5台反应器，列管共7482根, 催化剂床层高度为2.85 m,床层截面积为3.09 m2，催化剂总体积为9.42 m3。
通过验算，证明各指标数据均符合标准，本次设计满足设计要求。
关键词：氯乙烯；乙炔合成法；固定床反应器AbstractThe properties, application and and production methods of vinyl chloride were simply summarized . In troduced the syn thesis of vinyl chloride and react ion prin ciple. The desig n mainly calculated the process parameter and the size of the reactor. According to the design conditions and requirements through material balanee calculation, heat balanee calculation and other process calculati on desig ned annual 75,000 tons of vinyl chloride fixed-bed reactor, and determ ined the reactor select ion and size, calculate pressure drop, catalyst etc, desig ned to meet the requireme nts of the reactor.This design adopts the acetylene synthesis process for the synthesis of vinyl chloride. Raw material gas is composed of acetyle ne and hydroge n chloride . The content of acetyle ne in the acetylene gas is 99% . The content of hydrogen chloride in the hydrogen chloride gas is 99% . The proportion of acetylene and hydrogen chloride is 1:1.08 . They are mixed in the mixer, the mixed gas after gett ing in to graphite cooler n ext gets into the mist elim in ator to con duct further dehydrati on, and the mixture gets into the preheat-er, the n en ters into conv erter which is full of mercuric chloride catalyst whose carrier of a set of react ion is activated carb on for the first time, after preliminary transformation of, the mixed gas gets into converter (acetylene conversion rate of 97.6%) for the second time, the by-product 1,1- the generation of the dichloroethane is about 0.9%). Crude vinyl chloride gets into the mercury removal tank to remove mercury and en ters in the foam cooler to cool dow n. Fin ally the product is sent to a storage tank.By calculatio n of material bala nee, calculati on of heat bala nee and the select ion of reactor type , the size of the reactor is obta in ed. The desig n adopts fixed bed reactor whose colu mn pipes' diameter is 3200 mm, there are 5 tube reactors and 7482 steel pipes, the height of catalyst2bed is 2.85 m, the bed cross sectional area of catalyst bed is 3.09 m . The total volume of3catalyst is 9.42 m.Through calculation, it is proved that each index data is satisfied with a standard, this desig n achieves the desig n requireme nts.Key words : vinyl chloride;vinyl chloride; fixed bed reactor摘 要 .................................错误！未定义书签 4.4.1前台反应器的热量衡算 (15)5.1反应原理 .................................................................................................................. .19 Abstract第1章概述 ............................................................................ 1… 第2章氯乙烯的生产工艺 ................................................................ 2.2.1乙炔法 ......................................................................... 2..2.1乙烯氧氯化法 ................................................................... 2.2.3乙烯直接氯化法 ................................................................ 2.2.4乙烯氯化裂解法 .................................................................3.2.5乙烯氯化平衡法 (4)2.6混合烯炔法 .................................................................... 4.2.7乙烷氧氯化法 .................................................................. .5. 第3章反应器型式及设计方案的确定 ..................................................... 6.3.1反应器型式的确定 .............................................................. 6.3.2催化剂的确定 .................................................................. .8..3.3温度对反应的影响 .............................................................. 8.3.4压力对反应的影响 ............................................................... 8.3.5空速对反应的影响 .............................................................. 9.3.6设计方案的确定 ................................................................. 9. 第4章物料衡算与热量衡算 ............................................................. 1.04.1反应原理 ...................................................................... .104.2反应的设计条件 ................................................................ 1.04.3反应的物料衡算 ................................................................ 1.14.4 反应器的热量衡算 ............................................................. 1.44.4.2后台反应器的热量衡算 (17)第5章反应器的设计.................................................................. 19 5.2确定反应器的基本尺寸及根数 . (20)5.3实际状况 (21)5.4床层压力降的计算 (22)5.5传热面积的核算 (25)5.5.1床层对壁面的给热系数 (25)5.5.2总传热系数的计算 (29)5.5.3传热面积核算 (29)5.6数据总结 (32)第6章设计总结 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录 (36)第1章概述氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl Chloride ）是一种应用于高分子化工的重要单体，可由乙烯或乙炔制得⑴。
化纤公司技改项目氧化反应器尾气冷却器更换施工方案一、项目概述本项目是对化纤公司氧化反应器尾气冷却器的更换工程。
旧冷却器由于长时间使用，已经出现严重的老化和堵塞，无法正常运行。
为了保证生产的稳定性和安全性，需要对该冷却器进行更换。
二、施工前准备工作1.设计方案确定：根据现场实际情况和技术要求，确定合适的新冷却器设计方案，并获得相关部门的审批。
2.材料订购和验收：根据设计方案，及时订购所需的新冷却器材料，并进行验收，确保质量合格，并储存于指定位置。
3.施工组织设计：制定详细的施工计划和施工流程，确定施工人员和所需施工设备，并进行组织安排。
三、施工步骤和流程1.拆除旧冷却器：首先在氧化反应器周围进行安全隔离，保证施工安全。
然后按照施工方案，对旧冷却器进行拆除，包括管道、支架等，确保拆除过程中不影响其他设备的正常运行。
2.安装新冷却器：根据设计方案和现场实际情况，对新冷却器的支架进行安装和固定。
然后按照管道连接顺序，逐一安装连接管道和阀门，并进行密封处理，保证冷却器的正常运行。
3.检测和试运行：在安装完成后，对新冷却器进行检测和试运行。
检测包括检查冷却器的气密性、水密性等，并记录相关数据。
试运行则是逐步调节冷却器的工作参数，观察其运行情况，确保达到设计要求。
4.系统保护和清洗：根据新冷却器的使用要求，进行相应的系统保护和清洗工作，包括设立相应的防水防腐措施，清洗系统管道和设备等。
5.现场整理和清理：在施工完成后，对现场进行整理和清理工作，清除施工材料和垃圾，保持现场整洁。
四、安全措施1.施工前进行安全交底和教育，确保施工人员了解施工过程中的各项安全风险。
2.按照《建筑施工安全操作规程》执行，配备必要的个人防护装备，并对施工人员进行培训。
3.在施工现场设立安全警示标志，保障施工现场的安全性。
4.指定专人负责施工现场的安全监督，及时处理发生的安全问题。
五、质量控制1.对冷却器材料进行验收，确保其质量合格，并按照相关标准进行储存和保护。
浅析丁辛醇装置的工艺与技术改造摘要：本文介绍了丁辛醇装置的工艺，并以某化工厂丁辛醇车间丁辛醉装置工艺技术为例对其丁辛醇装置的工艺技术改造进行了分析。
关键词：丁辛醇装置；工艺；技术改造1 改进开车时拨基合成反应系统升温工艺路线1.1 工艺介绍丁辛醇装置羰基合成单元停车4小时以上，反应器必须进行降温操作，温度降至50℃以下，所以装置再次开车时，在投入C3H8(丙烷)原料前，需要将羰基合成反应器中物料与羰基合成催化剂的混合物温度升至85℃以上。
原工艺设计操作步骤是：建立羰基合成反应器内ROPAC(铑派克)催化剂及羰基合成液循环，由高、低压蒸发器提供热源，对反应器中物料进行升温，设计升温时间为8-10小时，期间装置所用的合成气全部排放到火炬系统烧掉。
为降低生产成本，保护铑派克(ROPAC)催化剂的活性及最大限度地实现节能减排，某化工厂针对丁辛醇装置开车升温时间过长的问题，通过查阅及核实1#羰基合成反应器冷却器的设计及操作数据，于2012年实施了技术改造，即将1#羰基合成反应器下部的冷却器改为加热器。
1#反应器冷却器设计及操作数据，见表1.l。
表1.11#反应器冷却器设计及操作数据1.2 改造前工艺流程将1#、2#反应器中溶有铑派克催化剂的BAL(丁醛)溶液，通过物料泵及系统压差送入高、低压蒸发器，间接加热到80-125℃，然后返回至l#羰基合成反应器，对l#反应器溶液进行升温，通过该过程的持续循环，直到反应器温度达到工艺要求指标以上。
1.3 改造后工艺流程把装置内的蒸汽冷凝液配置到1#反应器底部冷却器的循环水管线上，在羰基合成单元升温期间，将90-100℃的蒸汽冷凝液引至1#反应器下部冷却器内，把冷却器临时改为加热器，改造后不仅缩短了羰基合成单元的物料升温时间约4小时，而且对溶有铑派克的催化剂活性还起到了很好的保护作用，同时该改造得到了丁辛技术专利商DAVY/DOW公司的高度认可，其在随后的技术转让中得以推广应用。
多相流反应器的设计与优化一、引言多相流反应器广泛应用于化学、环境、能源等领域，在处理各种反应过程中，其生产效率和产品品质的优化是至关重要的。
因此，设计和优化反应器是非常关键的，涉及到多种因素的考虑和分析。
本文将对多相流反应器的设计和优化进行详细阐述。
二、多相流反应器的基本概念多相流反应器指的是反应过程中，反应物在不同载体中进行的反应。
这里的载体可以是气体、液体、固体等不同形态的物质。
反应器中的物质通常包括以反应物为主的两个或多个物质，并且反应包括化学反应、生物反应和地质反应等。
多相流反应器的基本结构通常包括反应器（容器）、反应介质、进料管、排出管、加热器、冷却器、过滤器和分离器等。
反应器通常是不锈钢、碳钢、铝或玻璃制成。
反应介质可以是气体、液体或固体，其选择应根据反应物和反应条件进行优化设计。
三、多相流反应器的设计多相流反应器的设计和优化应考虑以下因素：1. 反应器类型根据流体力学的基本原理，分为稳态反应器和非稳态反应器。
除此之外，还有具有典型特点的不同类型的反应器，例如固定床反应器、流化床反应器、旋转床反应器、波浪式反应器、液滴床反应器等。
2. 反应器的装置反应器的装置通常由进料、反应、排出组成。
其主要功能是将反应介质引入反应器并排出产物。
例如，沉积反应器、搅拌反应器、管路反应器等。
3. 反应介质和反应条件反应介质的选择和反应条件是反应器设计的关键因素。
不同的反应物在不同的介质中反应的动力学和热力学特性不同，因此要根据具体情况进行考虑。
另外，反应条件包括反应温度、压力、浓度、质量以及反应物状况等。
4. 控制系统多相流反应器的控制系统需要通过传感器、计算机和控制阀来实现反应条件的精确控制。
如温度、流量、压力等条件的控制。
5. 安全防护多相流反应器反应过程可能涉及高温、高压、有毒物质等安全问题，因此应采取相应安全防护措施，例如安全阀、观察窗、水冷器、紧急停机系统等。
四、多相流反应器的优化多相流反应器的优化主要包括以下几个方面：1. 反应器性能分析反应器的性能分析是多相流反应器优化的重要环节。
化工原理课程设计*者：***学号：*********学院：化学与生物工程学院专业：应用化学题目：非标准系列管壳式气体冷却器的设计指导者：陶彩虹老师化工原理课程设计任务书一、设计题目：非标准系列管壳式气体冷却器的设计二、设计条件1.生产能力：混合气体流量为6000/h，混合气的相对分子质量为17.2.混合气进口温度为144.5℃，出口温度为57℃，冷却水入口温度30℃，出口温度36℃。
4.两流体均无相变。
三、设计步骤及要求1.确定设计方案（1）选择列管式换热器的类型（2）选择冷却剂的类型和进出口温度（3）查阅介质的物性参数（4）选择冷热流体流动的空间及流速2.初步估算换热器的传热面积3.初选换热器规格4.校核（1）核算换热器的传热面积，要求设计裕度不小于10%，不大于20%。
（2）核算管程和壳程的流体阻力损失。
如果不符合上述要求重新进行以上计算5.附属结构如封头、管箱、分程隔板、缓冲板、拉杆和定距管、人孔或手孔、法兰、补强圈等的选型四、设计成果1.设计说明书（A4纸）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。
2.换热器工艺条件图（2号图纸）（手绘）五、时间安排（1）第19周～第20周，于7月17号下午3点本人亲自到指定地点交设计成果.六、设计考核（1）设计是否独立完成；（2）设计说明书的编写是否规范（3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（4）答辩七、参考资料1.《化工原理课程设计》贾绍义柴诚敬天津科学技术出版社2.《换热器设计手册》化学工业出版社3.《化工原理》夏清天津科学技术出版社目录1.摘要 (1)2.文献综述 (2)2.1热量传递的概念与意义 (2)2.1.1热量传递的概念 (2)2.1.2. 化学工业与热传递的关系 (2)2.1.3.传热的基本方式 (2)2.2换热器简介 (3)2.2.1固定管板式换热器 (3)2.2.2浮头式换热器 (3)2.2.3 U形管式换热器 (4)2.3 列管式换热器设计一般要求 (5)2.4 流体流径的选择 (6)2.5管壳式换热器 (6)2.5.1工作原理 (6)2.5.2主要技术特性 (7)3.工艺计算 (8)3.1 确定设计方案 (8)3.1.1确定流体的定性温度 (8)3.1.2选择列管式换热器的形式 (8)3.1.3确定流体在换热器中的流动途径 (8)3.2设计参数 (8)3.3计算总传热系数 (8)3.3.1.热流量 (9)3.3.2冷却水用量 (9)3.3.3计算传热面积 (9)3.3.4工艺结构尺寸 (9)3.3.5传热计算 (10)3.3.6换热器内流体的流动阻力 (12)4.换热器主要结构尺寸和计算结果 (15)5.参考文献 (16)6.附录 (17)6.1英文字母 (17)6.2 希腊字母 (17)6.3下标 (17)1.摘要热量传递不仅是化工、能源、宇航、冶金、机械、石油、动力、食品、国防等各工业部门重要的单元操作之一，它还在农业、环境保护等其他部门中广泛涉及。
反应器设计2.3反应器的设计计算反应器的机械设计遵照AS1210（无明火压力容器）标准。
反应器将由低合金铬钢制成，用矿渣棉保温，由圆柱裙座和水泥地基支撑。
2.3.1列管数的计算本设计采用的列管规格为φ323.5mm，长度为3米，催化剂堆积高度为2.8米，催化剂的类型为:五氧化二钒和二氧化钛,载体为6mm瓷球，支撑方式为金属丝网和夹环[18]。
根据《化工设计项目设计手册》可知，类列管的烃负荷为340g/（管某h）。
根据物料衡算可知烃进料为6622Kg/h则所需的列管数为：6622/0.34=19476.5根即需要列管19480列管以正三角形排列,管心距为40mm根据公式：NT=3a(a+1)+1NT----排列在六边形内的列管数a------六边形的层数设a=78NT=3某78某(78＋1)＋1=18487设每个弓形排列列管数为172根，则弓形部分列管排列数为：172某6=1032根；总计：18487+1032=19519根，但因为反应器中间部位的三圈管子作为支撑，并不进行反应，所以在进行排列时要减去这三圈管数，因为NT=3a(a+1)+1，所以三圈管子的数量为37根。
则实际的排列的管数为17941-37=17904根。
2.3.2．塔径的计算：六边形对角线：L=78某2某40=6.24m则反应器的直径DL=L+d0=6.24+0.032=6.272m(d0为列管外管径)根据公式Di=DL+2b3计算反应器内径因为b3≥0.25d00.25d0=0.25某32=8mm 所以b3=10mm则反应器内径Di=DL+2b3=6.272+20=6292mm=6.292m所以Di取6.5m2.3.3管程压力降的计算：反应器的质量流量[13,16]：G6.9522104194820.025247273.43kg/m2.h流体的热导率：f0.0447ka/lm.h.l黏度：0.033cp密度：f0.77kg/m3质量流量：G7273.43kg/m2h2.02Kg/m2床层的空隙率：0.405管程压力降为：1－GP1501－1.75G3dgLdpp1cp10－3pa1501－0.4053.341051－0.4052.02P31.752.020.4053660.539.81 P6.15KPa2.3.4反应器壁厚的计算：苯酐和顺酐蒸汽对于大多数钢而言腐蚀性不强，平均腐蚀速度通常小于0.05mm/，而冷却盐在高温下具有强氧化性，因此需要相当含量的铬组分以提高抗腐蚀性，铬组分的添加同时改善了高温下的机械性能，所以需用不锈钢316型，年腐蚀速度低，在430℃时许用应力为109MPa[16]由《化工机械基础》)查得壁厚的公式：式中：2－ptPcDicPcDi）—计算压力，Pc2.2MPa（根据《化工设计项目设计手册》—塔内径，Di6500mmt—许用应力，tC—腐蚀量，C2109MPa—焊接接头系数，1.0∴2.265001.321091.0－2.267.57mm圆整后，68mm2.3.5封头的计算：标准椭圆封头的最小壁厚PD2－0.5Pct68mm封头的曲面深度hD65001625mm44直边高度h050mm裙座上开人孔直径为500mm，人孔2个裙座高2.3m校核：当mPDt＜时，符合强度要求4mPD22.26500==105.15MPa4468所以mPDt＜符合强度要求42.3.6反应器的高度的计算筒体高度为3m，封头的曲面深度为1.625m，直边高度为50mm,裙座高2.3m，反应物料的进出口开在器壁，故器壁部分列管上下各留出1.5米。
化工原理课程设计案例范本一、课程设计题目以甲醇为原料，设计甲醇制乙醇的工艺流程。
二、设计要求1.设计产乙醇的工艺流程，包括反应器、分离器、加热器、冷却器等装置的选型和设计。
2.考虑工艺流程的能耗、安全性、环保性等因素。
3.设计出产乙醇的最佳工艺流程，并给出工艺流程图和各设备的工作参数。
三、设计思路1.甲醇制乙醇的反应方程式为：CH3OH + CH3OH → C2H5OH + H2O2.设计工艺流程时，首先需要选择反应器。
甲醇制乙醇反应一般采用连续式反应器或循环式反应器，常见的有管式反应器、搅拌式反应器等。
3.反应器后需要设置分离器，将反应产物中的乙醇和水分离出来。
常见的分离器有蒸馏塔、回流蒸馏塔等。
4.在工艺流程中还需要设置加热器和冷却器，以控制反应温度和分离出的产物温度。
5.最后，需要考虑工艺流程的能耗、安全性和环保性等因素，选择合适的设备和工艺条件。
四、设计步骤1.确定反应器：选择管式反应器，其反应温度为240℃，反应压力为30MPa。
2.设计分离器：选择蒸馏塔作为分离器，分离塔采用三段式结构，塔顶温度为95℃，塔底温度为80℃。
3.设计加热器和冷却器：反应器前后分别设置加热器和冷却器，加热器采用热交换器，冷却器采用空气冷却器。
4.确定工艺流程：甲醇制乙醇的工艺流程如下图所示。
甲醇加热→反应器→分离塔→乙醇冷却五、设计结果1.工艺流程图2.设备参数表设备名称设计参数反应器反应温度240℃，反应压力30MPa分离塔三段式结构，塔顶温度95℃，塔底温度80℃加热器热交换器冷却器空气冷却器六、结论本设计以甲醇为原料，设计了甲醇制乙醇的工艺流程。
通过选择合适的反应器、分离器、加热器和冷却器等设备，设计出了产乙醇的最佳工艺流程，并给出了各设备的工作参数。
该工艺流程具有能耗低、安全性高、环保性好等优点，可为实际生产提供参考。
固定床反应器的工艺设计1. 引言固定床反应器是一种常见的化工设备，广泛应用于化学工业中的各种反应过程中。
它由一个固定的催化剂床和一个通过床上空隙流动的气体或液体组成。
通过适当的设计和调节，固定床反应器可以实现高效的反应转化率和产出。
本文将介绍固定床反应器的工艺设计，包括反应器的结构、催化剂选择、反应条件等方面的内容。
2. 反应器的结构固定床反应器一般由反应器本体、催化剂床层、进出料口、反应气体或液体的流动通道等组成。
其中，反应器本体一般采用合适的材料制成，以承受反应过程中的温度和压力。
催化剂床层通常由多层的填料或颗粒催化剂组成，以提供反应活性面积和流动通道。
为了实现高效的反应，固定床反应器通常还配备有预热器、冷却器、再生器等附属设备，以控制反应温度、催化剂活性和产物的分离等。
3. 催化剂的选择催化剂是固定床反应器中实现化学反应的关键组件。
在选择催化剂时，需要考虑反应的性质、反应温度和压力、催化剂的稳定性和活性等因素。
常见的催化剂包括金属催化剂、氧化物催化剂、酸碱催化剂等。
选择合适的催化剂可以提高反应的转化率和选择性，降低反应温度和压力，减少副反应和催化剂失活等问题。
4. 反应条件的确定反应条件的确定是固定床反应器工艺设计的重要环节。
反应条件包括温度、压力、反应物浓度、催化剂负荷量等因素。
在确定反应温度时，需要考虑反应的热力学平衡和动力学要求。
过高的温度可能导致副反应的发生和催化剂失活，而过低的温度则可能使反应速率过慢。
压力的选择取决于反应物的状态和反应的热力学平衡。
在固定床反应器中，通常会通过控制进料流量和床层压降来维持适当的压力。
反应物浓度对反应速率和选择性有直接影响。
合理选择反应物浓度可以提高反应转化率和产物选择性。
催化剂负荷量的确定需要考虑催化剂的活性和催化剂床层的透气性。
过高的催化剂负荷量可能导致流动阻力加大，而过低的负荷量则可能使反应活性降低。
5. 反应器的优化和改进固定床反应器的工艺设计是一个复杂的过程，通常需要通过试验和模拟来进行优化和改进。
反应器气体冷却器设计反应器气体冷却器设计摘要根据现有E-112冷却器的操作条件进行了该装置的热工艺计算结构设计和强度校核其核心部分是换热系数的计算和结构设计采用莫斯廷斯基法进行了常规热计算和校核并根据《GB151-1999管壳式换热器》对该固定管板式换热器进行了结构设计计算其特点是管板延长部分兼作法兰并且带有膨胀节最后从开发前景做出了经济性分析关键词换热器工艺计算结构设计波型膨胀节II反应器气体冷却器设计AbstractThermal process calculation structural design and strength check on the existingE-112 cooler were carried out according to its operating condition The core parts arecalculation of heat transfer coefficient and structural design In this paper a methodMoshitingshiji conventional thermal calculation and verification and the structuredesign is made based onGB150-98 steel pressure vessel whose characteristic is thatthe board prolongation is made as flange and having expansion joints Finally economicanalysis is made in this article from the market analysisKeywords heat exchanger Thermal Process Calculation structural designwave-type expansion jointIII反应器气体冷却器设计目录第一章概述 111 压力容器简介 112 压力容器的分类 113 换热器 414 本题目设计内容 7第二章管壳式换热器的工艺热计算921 换热器设计要求及工艺参数 922 换热器的传热计算 1123 换热器换热面积计算 12第三章结构设计与校核 2031 结构尺寸参数 2032 采用元件及数据 2233 壳体圆筒计算 2334 管箱圆筒计算 2335 螺栓及法兰计算 2336 管板计算 2837 开孔补强计算 4638 其他部件的设计选型 52 第四章结论与展望 54第五章经济分析报告 5551 开发前景 5552 市场前景分析 55参考文献 56致谢 57附录 58声明 59IV反应器气体冷却器设计第一章概述11 压力容器简介化工容器广泛地应用于化工食品医药石油及其相关的其他工业部门可以毫不夸张地说化学工业的生产离不开容器然而化工容器与其他行业的容器相比较有其自身的特点它经常在高温高压下工作它里面的介质经常是属于易燃易爆有毒有害以及具有腐蚀性的介质因而要保证化工容器能长期安全地运行化工容器必须具备足够的强度密封性耐蚀性及稳定性化工容器常见的结构形式是一个钢制圆筒形结构主要有钢制圆筒体和两端的封头组成并安装有各种化工工艺接管如物料进出口管压力表接管液面计接管等以及为检修方便开设的人孔手孔和为保护容器安全而设置的安全装置如安全阀爆破片等整个容器借助支座安放在基础上[1]容器承受的载荷主要是压力载荷大多数容器承受的压力是内压即使是贮存液体的常压容器在尺寸较大时也有流体静压力的作用除内压外还有承受外压载荷的容器按压力大小可以有多种分类受内压的容器其主要失效形式属于弹塑性失效而外压容器的失效形式主要是整体丢稳泄漏也是容器失效的一种形式所以对化工容器来说由于介质的腐蚀毒性易燃易暴行密封是操作的必要条件化工容器抵抗化学介质作用的能力主要是通过选择合适的材料来解决12 压力容器的分类压力容器形型式多样根据不同的需要压力容器可以有若干种分类[2 3 ] com 压力容器的使用位置分类a固定式压力容器b移动式压力容器com 按压力容器的形状分类a 圆桶形容器b球形容器c椭圆形容器1反应器气体冷却器设计d矩形容器e组合容器com 按压力容器的压力等级分类a低压代号 L 容器 01Mpa≤p ＜16 Mpab 中压代号M 容器 16 Mpa≤p ＜100 Mpac高压代号 H 容器 100 Mpa≤p ＜100 Mpad超高压代号 U 容器 p≥100 Mpa外压容器中当容器的内压力小于一个绝对大气压约 01Mpa 时又称为真空容器com 压力容器在生产中的作用分类a反应压力容器代号 R 主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器如反应器、反应釜、聚合釜、高压釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等 b换热压力容器代号 E 主要是用于完成介质交换的压力容器如管壳式余热锅炉、热交换器、冷凝器、冷却器、蒸发器、加热器等c分离压力容器代号 S 主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、干燥塔等d储存压力容器代号 C其中球罐代号B 主要是用于储存、盛装气体净化分离的压力容器如液氨储罐、液化石油气储罐等com 压力容器的承压方式分类a内压容器b外压容器com 压力容器的壳壁温度分类a低温容器b常温容器c中温容器d高温容器com 按压力容器的结构、壁厚及制造方法分类2反应器气体冷却器设计a按容器的结构分类一般可分为单层、多层、绕带绕板及夹套四类b按容器的壁厚分类可分为薄壁容器和厚壁容器两类com 按容器的制造方法分类a铸造容器b锻造容器c焊制容器com 按压力容器的安全技术管理分类1 第三类压力容器a高压容器b中压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质c中压储存容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质且Pv 乘积大于等于 10 Mpam3d 中压反应容器仅限易燃或毒性程度为中度危害介质且Pv 乘积大于等于05Mpa ．m 3e低压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质且Pv 乘积大于等于 02Mpa ．m 3f高压、中压管壳式余热锅炉g中压搪瓷玻璃容器h使用强度级别较高指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于 540Mpa的材料制造的压力容器i移动式压力容器包括铁路罐车介质为液化气体、低温液体、罐式汽车[液化气体运输半挂车、低温液体运输半挂车、永久气体运输半挂车]和罐式集装箱介质为液化气体、低温液体等j 球形储罐容积大于等于 50 m 3k低温液体储存容器容器大于 5 m 32 第二类压力容器a中压容器b低压容器仅限毒性程度为极度和高度危害介质c低压反应容器和低压储存容器仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质3反应器气体冷却器设计d低压管壳式余热锅炉e低压搪瓷玻璃压力容器3 第一类压力容器除上述以外的低压容器为第一类压力容器com 压力容器的毒性分类a极度危害Ⅰ级最高容许质量浓度＜01mg m 33 b高度危害Ⅱ级最高容许质量浓度 01～＜10mg m3c 中度危害Ⅲ级最高容许质量浓度 10～＜10mg m3d轻度危害Ⅳ级最高容许质量浓度≥10mg m13 换热器com 换热器的应用及地位在工业生产中凡用来实现冷热流体热量交换的设备统称为换热器换热器是化工石油制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一据统计在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40左右海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的[4 ]由传热学理论可知道热交换是一种复杂的过程它是由系统内两部分的温度差异而引起的热量总是自动地从温度较高的部分传给温度较低的部分传热的基本方式有热传导对流和辐射3种因此在换热器中热量总是从热流体传给冷流体起加热作用的热流体又称加热介质如水蒸汽烟道气导热油或其他高温流体等起冷却作用的冷流体又称冷却介质如空气冷冻水冷冻盐水等在热交换过程中热冷流体的温度是因整个流程而不断变化的即热流体的温度由于放热而下降冷流体的温度由于吸热而上升目前应用最广泛的换热器为列管式热交换器此外尚有板式热交换器绕管式热交换器螺旋板式热交换器等列管式热交换器包括固定管板式浮头式U 型管式滑动管板式填料函式及插管式热交换器等列管式热交换器虽然在热交换效率紧凑性和金属消耗量等方面不及其它形式的热交换器但是它具有结构坚固可靠性高适应性大材料范围广等优点仍得到广泛的应用为了适应温4反应器气体冷却器设计度和压力对介质的腐蚀要求在上述基础上变型的也很多如利用工艺流程中产生的余热生产高压蒸汽的废热锅炉就是个节能型热交换设备在化工生产中应用很广泛近年来我国在高温高压热交换器的材料结构和制造方面都取得了一定的进展如四川化工厂的年产 20 万吨合成氨装置中一段废热锅炉和高压蒸汽发生器等在管箱外壳保温膨胀节和密封结构等方面均有一些改进管子进口部分的热防护也获得一定改善为了解决高压差和高温差采用了薄管板或挠性管板结构以减少热应力使用小管子紧密排列改善了管子与管板的连接另外在大型尿素装置中高压汽塔的管板上堆焊合金层以满足耐腐蚀的要求同时该结构也能满足耐高温的要求[56 ]为了适应大型化工装置的生产工艺要求热交换器也随之大型化在大型化过程中遇到的一个复杂问题就是管束的振动通过人量的试验研究现在已能预测管束的自振频率在设计中可以确定适当的流速范围避免流体的激振还在结构上采取了防振措施如采用栅格式紧固装置代替折流板管束被井字型栅格条紧紧固定栅格条与管子外壁不留间隙使用结果表明这种结构可有效地克服管束的振动延长管子的使用寿命结构紧凑符合小管径密排列的原则可降低壳程压降清洗方便不易淤塞脏物板式热交换器近年来也获得了较为广泛的应用板式热交换器有其独到的优点如高的传热系数多股流可拆卸清洗方便等在纯碱行业中板式热交换器取代了效率低下的套管式热交换器而被广泛应用在大型纯碱装置上板式热交换器的单张最大面积已达 13m2 其在合成氨尿素装置上也得到了应用所选用的板材除了不锈钢 304316 外还有钦板目前板式热交换器的主要薄弱环节是因结构和密封胶条所限尚不适宜于操作压力高和温度高的场合另外结构类似于板式热交换器的冷箱即钎焊的铝合金板式热交换器在国外已有操作压力为8 MPa 左右的冷箱产品而国内只有低压级的与国外尚有一定的差距[78]com 换热器的分类随着科学和生产技术的发展．各种工业部门要求热交换器的类型和结构要与之相适应流体的种类流体的运动设备的风力和温度等也都必须满足生产过程的要求近代尖端科学技术的发展加高温高压高速低温超低温等又促使了高强度高效率的紧凑热交换器层出不穷虽然如此所有的热交换器仍可按照它5反应器气体冷却器设计们的一些共同特征来加以区分[9] 例如1 按照用途来分预热器或加热器冷却器冷凝器蒸发器等等2 按照制造热交换器的材料来分金属的陶瓷的塑料的石墨的玻璃的等等3 按照温度状况来分温度工况稳定的热交换器热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变温度工况不稳定的热交换器传热面上的热流和温度都随时间改变4 按照热流体与冷流体的流动方向来分顺流式逆流式措流式混流式5 按照传送热量的方法来分间壁式混合式蓄热式等三大类这是热交换器最主要的一种分类方法按照传热壁面的形状．问壁式热交换器义可分成管式热交换器板式热交换器夹套式热交换器以及各种异形传熬面组成的特殊型式热交换器等类型com 换热器的研究意义随着现代新工艺新技术新材料的不断发展和能源问题的日益严重必然带来更多的高性能高参数换热设备的需求换热器的性能对产品质量能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要的作用有时甚至是决定性的作用目前在发达的工业国家热回收率已达96换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的3540 其中管壳式换热器仍然占绝对的优势约70 其余30为各类高效紧凑式换热器新型热管和蓄热器等设备其中板式板翅式热管及各类高效传热元件的发展十分迅速随着工业装置的大型化和高效率化换热器也趋于大型化并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展20世纪70年代初发生的世界性能源危机有力地促进了传热强化技术的发展为了节能降耗提高工业生产的经济效益要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备因此换热器有多种形式每种结构形式都有其特点和适用范围只有熟悉和掌握这些特点并根据生产工艺具体情况才能进行合理选型和正确的设计自从七十年代发生世界性的能源危机以来各国都在寻找新的能源和节约能源的途径而要研究如何开发诸如核能、地热、太阳能等新能源如何回收尤其是化工系统存在的大量余热并加以利用都离不开换热器我国近几年来也大力开展节能运动许多厂矿以及设计研究单位、高等院校非常重视新能源的开发与余热的利用研制出各种新型结构的、高效的换热器及传热元件[1011]6反应器气体冷却器设计热交换器由于其在化工生产中所占的重要位置因此对热交换器的研究设计制造使用历来受到国内外的重视今后在基础理论研究方面从数学模型和物理模型出发用数学方法推导出精确的计算公式应用计算机进行最优化设计与控制达到最高的技术经济性能从传热分析应力分析信息储存与检索以及模拟和控制方面进行开发有些程序可从工艺设计开始直到绘出图纸这些都是缩短与国外的差距尽快赶上世界先进水平的重点研究课题同时还要继续研究开发热交换器新结构新品种研究热交换器向高参数延伸开发振动的研究采用新材料特别是开发耐腐性能优异的非金属材料制造热交换器有相变的传热研究是涉及能量的转换和传质技术高效传热设备的研究使得传热表面形状更加复杂介质流动更加无规律性研究设计更加复杂总之热交换器在化工生产士的应用向更深更广的领域延伸研究设计制造维修的课题将会更多更复杂任重而道远我们应在新形势下为今后热交换器研究取得更大成果而共同努力大致说来随着换热器在生产中的地位和作用不同对它的要求也不同但总的说来均需满足以下一些基本要求[12]首先满足工艺过程的要求以换热器中应用最为广泛的管壳式换热器为例其工作压力可以从高真空到 80MPa工作温度可以从－100℃以下到1200℃的高温这就要求换热器在各种不同的工作条件下均有较高的换热强度且应尽量减少热量损失其次要求在该工作压力下具有一定的强度但结构又要求简单紧凑便于安装和维修第三造价要求低但运行却又要求安全显然要同时满足上述这些要求是十分困难的甚至是相互矛盾的这就对每一个换热器的研究者和制造者提出一个很高的要求即如何在相对地满足上述要求的基础上设计和制造出最适用的换热器14 本题目设计内容所要研究的内容和解决的问题如下1 反应器冷却器热计算和结构设计所要解决的主要问题是换热器的传热系数的确定和缓热面积的计算7反应器气体冷却器设计2 换热器的强度校核3 换热器图纸设计管壳式换热器的设计涉及到非常多的知识考察了设计人员对综合知识的掌握和运用此设计过程训练了我们学生的综合运用知识应用文献资料设计能力计算能力外语应用计算机应用和技术经济分析等各方面的能力设计计算的常规计算公式繁多涉及到了传热学化工原理的知识最后的装配图和零件图不但要求由手工绘画还要求计算机绘制这就要利用到Auto CAD 软件要想有更好的视觉效果时可以应用到的软件UG或其他三维制图软件绘制三维视图可见换热器研究的意义不但对换热器发展有着重要的推动作用对设计人员综合能力的培养也是非常有意义的8反应器气体冷却器设计第二章管壳式换热器的工艺热计算21 换热器设计要求及工艺参数com 设计参数表 2-1 设计参数表壳程管程设计压力MPa 391 25设计温度℃275 316操作温度℃ 220饱和水220饱和蒸汽 280反应器出料241反应器流量kgh 进口出口出料进口出口3物料蒸汽10×10 待定程数个环氧乙烷饱和蒸汽饱和水11com 定性温度及物性参数tt进口饱和水温度 220oC 出口饱和蒸汽温度 220oC11反应器出料进口温度t2 280oC 出口温度t2 241oC壳程工作压力P 2266MP 管程工作压力P 201MP1 2壳程蒸汽的流量 10× 103 kgh1 壳程物性参数t 1 t定性温度饱和蒸汽和饱和水的情形温度tm1 1 220°C2查《化工物性算图手册》[13]得以下数据饱和水物性参数比热Cp 1 46KJ Kg K密度ρ 8475Kg m3粘度μ 149×106 Pa s19反应器气体冷却器设计导热系数λ 065W m °C1μ C普兰德数Pr1 1 p 1 089λ1汽化热r 4434kcalkg饱和水蒸汽物性参数比热Cp 1 341KJ Kg K密度ρ 116Kg m3粘度μ 169 ×106 Pa s1导热系数λ 00389W m °C1μ C普兰德数Pr1 1 p 1 148λ12管程物性参数t 2 t定性温度t 2 260°Cm 22表 2-2 管程物性参数[14]各组分百分比热容 c 导热系数λ粘度μ×105 密度ρp3KJ Kg °C W m KPa s Kg mO 45 0653 0024 203 14292N 54 0745 0022 17 12512CO 8 0653 0013 137 19762CH 2 1700 0030 103 07174C H 22 1222 0016 0935 12612 4C H O 2 26590 0067 0080 30072 4H O 75 0814 0039 1687 19652比热C 1349KJ Kg Kp 2粘度μ 1473 ×106 Pa s2导热系数λ 00224W m °C2μ C普兰德数Pr2 2 p 2 0887λ210反应器气体冷却器设计 3密度ρ 1397Kg m22 换热器的传热计算1热流体放出的热量3Q W r 51567 ×10 KJ S1 r若考虑换热器对外界环境的散热损失Q 则热流体放出的热量Q 将大于冷流c1体吸收的热量Q2 即Q Q Q1 2 c一般情况下Qc 很难估计而且随换热器的不同而不同如换热器是否保温热流体走管内还是管外等工程上常用热损失系数η加以估算即Q Q ηl 2 1 L热损失系数η的值通常取097-com98l3Q Q η 5054 ×10 KJ S2 1 L2环氧乙烷的质量流量Q2 5504 ×103M9606Kg S2Cp t t 1349 × 280 2412 2 23有效温度对数平均温度t tΔΔmin 280 241 241 220 0Δt 3715 C1m c Δt 280 220ln lnΔt 241 220min单一饱和水沸腾时因为整个过程的温度在整个热交换器是一的所以温差修11反应器气体冷却器设计正系数φ 1 有效温度Δtm φΔt1m c 1×3715 3715 C 23 换热器换热面积计算com 估算传热面积及传热面1传热量Q M q 10×103 ×4434 51567KJ S12 总温差ΔT 2605 220 405°C 总温差均保持一定3管内侧导热系数假定管内侧的导热系数为h 650kcal m2 h ki4 污垢系数由GB151-1999 [15] 可知ri 00001 ro 00002 5管金属热阻使用外径为 19mm 厚度为 2mm 的oCr18Ni9 钢管其导热系数 k 15W m Kw管子平均直径D D 19 15i 0D 17mmm 2 2热阻为ts D0 0002 0019 20000121m h °C kcal 2-1k D 15 0017w m6复合传热系数12反应器气体冷却器设计由尾花英郎《热交换器设计手册》[16] 可得公式1 1 D D t D0 0 s 0r r 2-2ih h D D k De i i i w i1 1 0019 001900001 0000121r00002 2-3h 650 0015 0015e∴h 4173kcal m2 h ke管外沸腾侧界膜导热系数用莫斯廷斯基公式求233h Z ΔT 2-4b水沸腾液的临界压力为4 2P 22MPa 2245 ×10 Kg mc水的沸腾压力P＝223MPa所以相对临界压力PR 0103PcP 017 12 10 333Z 010 c4 18R 4R 10R103332245 ×104 017 12 10010 18 0103 4 0103 100103104 × × × 2-5440假定蒸汽覆盖修正系数φ 0022沸腾温度范围修正系数F2。
