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1 绪论
1.1 管式反应器的特点
管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。管式反应器在近40年里，由于其体积小，效率高的特点，在化工中的应用与发展十分迅速。因此，对管式反应器的研究具有深远的意义。 ；；；；；；；；；；； 1.2国内外研究现状、水平和发展趋势
我国自20世纪80年代引进这一先进技术后，由上海化工研究院、南华集团设计院和郑州工业大学在“七五”期间承担了管式反应器的国家攻关项目，四川大学在“八五”、“九五”、“十五”期间也承担了管式反应器的国家攻关项目和有关基础研究工作。一些研究、设计院和高校大力协同，积极开展基础研究工作和承担工程项目，至今取得了很大的成绩，填补了这一领域的空白。随着现代高科技的发展，我国研制的新型管式反应器也必将赶上世界先进水平，在化工界占有一席之地！
20世纪60年代美国TVA公司将管式反应器用于磷酸铵的气液固三项系统，省掉了传统的预中和工艺；70年代以来，许多国家在磷复合肥工业中相继开发了各种管式反应器以及相应的新流程，如德国UHDE公司、西班牙CROS公司。目前世界上生产磷酸铵最简捷、能耗最低的流程是西班牙Aspindesa公司开发的生产粉状MAP的管式反应器喷雾流程。如今的管式反应器的开发已扩展到磷酸铵以外的许多化肥生产领域，如硫基复合肥的中和段采用了短管型管式反应器，并且在扩大段形成了一个内循环反应过程以延长停留时间。然而，随着科技的不断发展，新型的管式反应器将被不断地被研究出，为化工行业带来方便。
1.3 毕业设计目的
管式反应器是一种适用于强放热反应的反应设备。本次毕业设计将通过列管式反应器的设计：
（1）、掌握管式反应器机械设计的一般方法和步骤； （2）、熟悉和了解化工设备相关设计标准和规范； （3）、掌握化工设备通用零部件的选用方法；
（4）、培养综合运用所学知识分析、解决工程实际问题的能力。
1.4 毕业设计内容和要求
1.4.1 原始数据见下表
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表1 设计数据表 设 计 数 据 表
名 称 工作压力 MPa
指 标 管 程 壳 程 6.5 0.4
名 称
指 标
管 程 壳 程 1.0 0.85
~64.8
III
焊接接头系
数
2
设计压力MPa 8.0 0.9 换热面积m工作温度 ℃ >200/235-245 250/235-245 容器类别 设计温度 ℃ 300 300
烯类，液化气导热油
物料名称
等
表2 管口表 管 口 表
符号 a b c d
1,2,3ef g h
公称尺寸mm
80 25 20 50 25 50 40 40 用途 进料口 测温口 测压口 安全阀口 测温口 出料口 导热油出口 导热油进口 符号 i j k v m n o p 公称尺寸mm
20 80 20 20 20 50 25 25 用途 测压口 出料口 放净口 排气口 测压口 泄压口 测温口 测温口
1.4.2 设计要求
在给定条件下完成反应器的机械设计，具体要求包括：1、确定换热管根数；2、确定壳体直径；3、确定折流板形式及数目；4、管束设计；5、选择材料；6、确定壳体（筒体、封头）壁厚；7、法兰选择或设计；8、选取并核算标准件；9、开孔补强计算；10、绘制设备图纸；11、编写设计计算说明书。 1.4.3 毕业设计成果
1、设计说明书一份 2、装配图一张 3、零部件图若干张
4、主要为手绘图时，用计算机绘制的图纸不少于0号图（折合成）一张；主要为计算机绘图时，手绘图纸不少于0号图（折合成）一张
注：图纸总量折合成0号图不少于2.5张。
2 确定换热管根数 结合介质性质及便于清洗换热管，于是采用?45x3?mm?，长为3.5m，材料为00Cr17Ni14Mo2，由换热面积F??d0?L?0.1?n可得：
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n?F?d0?L?0.1??64.83.14?0.045??3.5?0.1??135根
考虑到安排6根拉杆和留有一定裕量，取n=145根。
3 管子排列方式，管间距的确定
换热管在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圆排列三种方式，如下图所示。各自特点：正三角形排列：排列紧凑，管外流体湍流程度高；正方形排列：易清洗，但给热效果较差；同心圆排列：可以提高给热系数。
图1 换热管排列方式
采用正三角形排列，假设管板上管子排列的间距a，与管子与管板的连接方法有关。取a?1.25d0?1.25?45?57mm。
4 管式反应器筒体直径的确定 筒体内径可由下式计算：
Di?a(b?1)?l
式中 a————换热器管间距，由上知a＝57mm；
b————位于管束中心线上的管数，管子按正三角形排列时，
b?1.1n?1.1135?12.78
l————最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，
取l?2d0?2?45?90mm
所以 Di?57??12.78?1??90?761.46mm 取筒体内径Di?800mm。
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5 确定折流板形式和数目 5.1 折流板的形式及材料 该管式反应器的壳程流体流通截面积大，在壳程流体属对流传热条件时，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热系数，需要设置折流板。折流板有横向折流板和纵向折流板两类，单壳程的管式反应器仅需设置横向折流板，横向折流板同时兼有支承传热管，防止产生振动作用。
常用的折流板有弓形和盘环形。在弓形折流板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经折流板弓形缺口时是顺流经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构比较简单，一般标准换热器中只采用这种。盘环形折流板制造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率较低。而且要求介质必须是清洁的，否则沉淀物将会沉积在圆环后面，传热面积失效，一般用于压力比较高而又清洁的介质。 此处的折流板采用单弓形折流板。为方便选材，可选折流板的材料为Q235-B。
5.2 折流板的主要几何参数
弓形折流板圆缺大小用切去弓弦高占圆筒内直径的百分比来确定，单弓形折流板缺口弦高h值，宜取0.20-0.45倍的圆筒内直径,取系数为0.2，切去圆缺高度h?0.25?800?200mm。
5.3 折流板与壳体间隙
折流板外周与壳体内径之间的间隙越小，壳程流体介质在此处的泄漏越小，使传热效率提高，但间隙越小，给制造、安装带来困难。选取折流板名义外直径
D?DN?4.5?795.5mm。
5.4 折流板的厚度
折流板的厚度与壳体直径、换热管无支承长度有关，选取折流板的厚度
??6mm。
5.5 折流板的数目
取折流板间距B=200（0.2Di?B?Di）
折流板数目：NB?L3500?1??1?17，考虑到上下管箱和管板及排布的原B200因，取折流板数NB?14。
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5.6 折流板的管孔 由国标151-1999规定，?45?3的换热管的折流板孔直径为45.40mm及允许
0.20偏差??0。 6 确定壳体（筒体和封头）壁厚
6.1 计算壳程筒体厚度
因为壳程的流体是导热油，设计压力是0.9MPa，设计的温度是300℃，选用16MnR作为制造材料。由GB150-1998可以查得，16MnR在300℃时的许用应力
???t=144MPa。焊接系数??0.85。取C1?0.6mm，C2?3mm。 因为pc?0.4?????0.4?144?0.85?48.96MPa 所以 ??tpcDi2?????pct?0.9?800?2.95mm
2?144?0.85?0.9设计厚度： ?d???C2?2.95?3?5.95mm 名义厚度： ?n??d?C1???5.95?0.6???10mm 有效厚度： ?e??n?C2?C1?10?3?0.6?6.4mm
6.1.1 水压试验校核筒体 水压试验的压力
pT?1.25?pc???t????1.25?0.9?170?1.33MPa 144因为水压试验的压力pT?pc，为了防止容器产生过大的应力，要求在试验压力下圆筒产生的最大应力不超过圆筒材料在试验温度下屈服点的90%。 。。
所以
?P??D????1.18?0.0318??800?6.4??P??76.34MPa ??2?2?6.4TLieTe式中：pL??gH?1?10?3180?10?6?0.0318MPa
0.9??s?0.9?0.85?345?263.93MPa>76.34MPa