Vas a necesitar iterar sobre el diccionario y comprobar por cada clave si el número está en ella con el operador de pertenencia `in`:

    numero = 21

    resultados = {range(0, 19): "F", range(20, 49): "D"}

    for rango, resultado in resultados.items():
        if numero in rango:
            break
    else:  # Valor de "resultado" si no se encuentra en ningún rango
        resultado = None
        
    print(f"El resultado es: {resultado})
    
El método `dict.items` retorna una vista del diccionario con una tupla `(clave, valor)` por cada pareja clave:valor del diccionario:

>     >>> dict.items()
>     dict_items([(range(0, 19), 'F'), (range(20, 49), 'D')])

Al hacer `for rango, resultado in ...`, en cada iteración desempaquetamos la tupla y asignamos el primer elemento (clave) a la variable `rango` y el segundo elemento a la variable `resultado` (valor).

>     >>> tupla = (7, 23)
>     >>> a, b = tupla
>     >>> a
>     7
>     >>> b
>     23

Por cierto, en cuanto a tus condicionales iniciales:

- Puedes usar comparaciones encadenadas, es más legible y más eficiente que usar un and.

- Si los condicionales son excluyentes (si un `if` se cumple los otros no lo van a a hacer) no uses `if` encadenados, es ineficiente porque siempre se evalúan todos, usa `if-elif` en su lugar.

---

    if 0 < numero < 20:
        resultado = "F"
    
    elif 20 <= numero < 50:
        resultado = "D"