列管式固定床反应器设计

（19）中华人民共和国国家知识产权局

（12）发明专利申请

（10）申请公布号

CN109261084A

（43）申请公布日 2019.01.25（21）申请号CN201811242276.5

（22）申请日2018.10.24

（71）申请人西安航天华威化工生物工程有限公司

地址710100 陕西省西安市南郊航天城宇航街

（72）发明人邰向阳;车怀智;杨鹏;李然;付林;李浩;张举莉;杜克英

（74）专利代理机构西安新思维专利商标事务所有限公司

代理人李罡

（51）Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

（54）发明名称

甲硫醇列管式固定床反应器

（57）摘要

本发明涉及一种甲硫醇列管式固定床反应

器，自上而下包括上管箱、壳程筒体和下管箱，

壳程筒体内设置有上管板、反应管和下管板，反

应管上下两端分别与上管板和下管板密封连接；

反应管下部管内设置有催化剂支撑弹簧。本发明

的反应器能方便装填催化剂，当单只反应管出现

泄漏时可直接封堵该反应管，不需全部拆除催化

剂，便于后期设备维修，缩短维修周期。

法律状态

化工原理,化学反应工程,固定床反应器

固定床反应器的介绍

化工原理,化学反应工程,固定床反应器

固定床反应器一、固定床反应器的工业背景

二、固定床反应器的工作原理1、固定床反应器的工作原理

2、固定床反应器的原理动画

三、固定床反应器的结构形式 四、固定床反应器的工艺仿真说明1、固定床反应器的DCS图 2、固定床反应器的现场图

化工原理,化学反应工程,固定床反应器

固定床反应器的工业背景反应器是化工生产中的关键设备，是人们通过一定 的手段抑制副反应、提高转化率、提高生产能力的化学 反应设备。在反应器内不仅有化学变化过程，还有传质和穿热 过程。

按反应物系聚集状态可分为均相和非均相反应器；按换热方式分类有绝热式、对外换热式和自热式；

以反应器的结构形式又可分为釜式、管式、塔式、 固定床和流化床等反应器。

化工原理,化学反应工程,固定床反应器

主要优点 床内流体呈理想置换流动，流体停留时间可严格 控制，温度分布可适当调节。 催化剂用量少，反应器体积小，催化剂的颗粒不 易磨损，可在高温高压下操作等。 主要缺点 流体流速不能太快，传热性能差，温度分布不易 控制均匀. 在放热反应中，换热式反应器轴向位置存在“热 点”,易造成“飞温”; 不能使用细颗粒的催化剂，且催化剂的再生和

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目录

附录一 反应器的设计 ............................................................................................. 1 1.1 反应条件 ................................................................................................... 1 1.2 反应器的类型确定.................................................................................... 1 1.3 设计数据和工作参数................................................................................. 1 1.4 物料衡算和热量横算及结果 .................................................................... 2 1.5 反应器结构的计算......

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目录

附录一 反应器的设计 ............................................................................................. 1 1.1 反应条件 ................................................................................................... 1 1.2 反应器的类型确定.................................................................................... 1 1.3 设计数据和工作参数................................................................................. 1 1.4 物料衡算和热量横算及结果 .................................................................... 2 1.5 反应器结构的计算......

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目录

附录一反应器的设计 (1)

1.1 反应条件 (1)

1.2 反应器的类型确定 (1)

1.3 设计数据和工作参数 (1)

1.4 物料衡算和热量横算及结果 (2)

1.5 反应器结构的计算 (4)

1.5.1 催化剂的填充

量 (4)

1.5.2 反应管长度的计

算 (4)

1.5.3 管束尺寸和反应管的排列 (4)

1.5.4 反应床层压降 (5)

1.6 机械强度的计算和校核 (6)

1.6.1 设计的选材 (6)

1.6.2 板厚的计算 (6)

1.6.3 气压试验 (7)

1.7 气体分布板设计 (7)

1.7.1 气体分布板的形

式 (7)

1.7.2 分布板的压降 (7)

1.7.3 均匀布气压降 (8)

1.7.4 稳定性压降 (8)

1.7.5 板厚 (8)

1.7.6 孔数和孔径的确

定 (8)

1.8 壳程换热 (9)

1.8.1 采用结构 (9)

1.8.2 换热介质 (9)

1.9 管口设计 (10)

1.9.1 反应器进口 (10)

1.9.2 出口管设计 (10)

1.9.3 折流板 (11)

1.10 封头的设计 (11)

1.11 支座的设计 (11)

1.12 反应器工艺及强度计算结果 (12)

附录二精馏塔设计 (14)

2.1 塔的设计要求 (14

列管式换热器设计

第一节 推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图。

2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。

5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。

7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。

8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。

9、核算Ｋ。

10、校核平均温度差D。

11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计

1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。

3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。

8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制

列管式换热器的设计 一、概述

在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。在一般化工的建设中，换热器约占总投资的11％。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。若按工艺设备重量统计，换热器在石油、化工装置中约占40%左右。

随着化工、石化、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。

换热器的类型很多．特点各异，分类方法也不尽相同。苦按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。技其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式利翅片管式等。若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。

列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整．目前在许多国家中都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑件、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性较大，成本较低等优点，因而仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备,也

本 科 毕 业 设 计 (论 文)

管式反应器设计

Design of Tubular Reactor

学 院： 机械工程学院 专业班级： 过程装备与控制工程 学生姓名： 学 号： 指导教师：

2013年 6月

毕业设计（论文）中文摘要

管式反应器设计 摘 要：这篇论文主要介绍管式反应器机械计算等相关的设计过程。本毕业设计中，通过对该设备设计的相关的国家标准和行业标准的学习，独立的设计了管式反应器。管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。管式反应器是一种适用于强放热反应的反应设备。设计的内容主要是：根据给出的工艺参数选择合适的结构类型，然后根据已经选定的型式按照国家标准和行业标准对设备的换热管、折流板、定距管、管箱等零部件进行设计，该设备主要由筒体、管箱、支座、换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。通过对该管式反应器的设计，进而熟悉和了解化工设备设计的一般方法和步骤，熟悉和了解化工设备相关设计标准

列管式换热器课程设计

华北科技学院环境工程系《化工原理》课程设计报告

设计题目列管式换热器的工艺设计和选用学生姓名张森

学号 2

指导老师高丽花

专业班级化工B112班

教师评语

设计时间：2013年12月9日至2013年12月20日

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列管式换热器课程设计

前言

列管式换换热器的应用已经有很悠久的历史。现在，它已经被当成一种传统的标准换热器设备在很多部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。

在化工厂，换热器的费用约占20%，在炼油厂约占35%~40%。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进与传热原理的研究也十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

完善的换热器在设计时应满足以下各项要求：

（1）合理地实现所规定的工艺条件

传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定

列管式换热器设计举例（一）

一、设计任务书

（一）已知条件 1． 气体工作压力： 管程：半水煤气 0.70MPa 壳程：变换气0.68MPa

2． 壳、管壁温差 50℃，ta > ts 。 3． 由工艺计算求得换热面积为 130 m2。 （二）设计任务

1．列管热交换器结构及工艺尺寸；

2．绘制列管热交换器结构图。

3．选用适合并满足换热任务的标准型换热器。

二、换热器设计计算

1．确定管子数n

选?25?2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长 3 m 因 F??d均ln 所以 n?A?d?130?613 根

均L3?14?0?0225?3其中因安排拉杆需减少6 根，实际近数为607 根。 2．管子排列方式、管间距确定

采用正三角形排列，由表 查得层数为 13 层，查表 ，取管间距3．换热器壳体直径的确定

壳体内径为： Di???b?1??2l 式中 Di —— 换热器内径；m

b —— 正三角形对角线上的管子数；查表 ，取b?27； l —— 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离；取l?2d0。

?32mm。 ?