固定床流化床设计计算文档格式.docx

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催化剂堆密度

催化剂质量

求取最适宜的反应器直径D:

设不同D时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响，取反应器的长径比5，则算出反应器的直径和高度为：

按正常进料量及液体空速400h-1，计算反应器的诸参数：

取床层高度L=5m，则截面积

床层直径

因此,圆整可得反应器径可以选择1200mm

此时，床层高度

反应器选型

表4-1和表4-2为反应器类型。

表4-1固定床反应器类型比较

反应器

优点

缺点

备注

绝热固定床

反应器结构简单，反应器单位体积催化剂量大，生产能力大。

反应过程中温度变化大。

主要用于热效应不大的反应。

自热式固定床

以原料气作为冷却剂来冷却床层，易维持床层在一定的温度分布。

反应器结构复杂造价高，只适合用于放热反应。

主要用于热效应不高的高压反应过程。

多段绝热式固定床

床层之间设置气体的冷却装置，有效的减小了床的温度变化，有较高的反应速率。

反应器结构简单，能容纳较多的催化剂，温度分布合理，能是反应接近最佳温度曲线进行，产能大，转化率高。

传热较差。

适合各种宽热效应反应。

总结

比较三种固定床的优缺点以及结合本工艺特点选用绝热固定床反应器。

二、流化床反应器设计

1.1反应器设计原则

（1）具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递；

（2）合理的结构，能有效的加速反应和水的脱除；

（3）保证压力和温度符合操作条件；

（4）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。

1.2流化床反应器的设计

以Superflex工艺为依托，以C4为原料,以ZSM-5分子筛为催化剂活性组分,通过流化床反应器,将C4转换为乙烯、丙烯产品。

其特点是在2个独立的流化床反应器（区）中分别进行（乙烯和丁烯歧化反应）过程,产物汇总后进入分离系统,乙烯、丙烯产品出装置,C4及C4以上组分循环返回反应器继续转化C4及以上组分两股物流在返回烯烃转化反应区之前有少量驰放,以免惰性组分积累。

催化剂顺次通过反应器,经汽提后进入再生器烧焦,再生催化剂连续返回反应器以实现连续反应-再生。

1.3流化床反应器计算说明

1.基本参数:

催化剂颗粒密度:

催化剂堆密度:

催化剂平均粒径:

（属于B区粒子）

混合气体粘度:

反应温度:

T=550oC

反应压力:

P=0.2MPa

C4处理流量:

混合气体密度:

流化床出口流量:

4.2.2工艺计算

当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作。

起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示：

对于的小颗粒

（1）

对于的大颗粒

由于C4裂解反应需要较长的接触时间，故流化床的操作线速不必太高。

4.2.2.1操作气速

（1）起始流化速度的确定

设，

复核值，

故假设合理。

将带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据。

散式流化，；

聚式流化，。

代入已知数据求得

将复带入弗鲁德准数公式，流化形式为散式流化。

（2）逸出速度的确定

设，则

复核值

（3）流化床操作气速

操作速度表示流化床在正常操作时流体的速度，一般。

根据C4裂解反应流化床操作速度围为，两个速度之比为89.5，所选气速不应太接近这一允许气速围的任一极端。

故可取0.25m/s。

4.2.2.2流化床反应器尺寸

（1）流化床浓相段直径的确定

经计算，采用单个流化床反应器

圆整为5000mm

（2）催化剂装填量的确定

根据反应动力学，为了确保C4馏分在一定时间保持较高的转化率，需控制C4馏分质量空速为l～5h－1。

C4馏分质量流量为30584kg/h。

根据操作空速为3h－1，以反应空速计算催化剂装填量为

（3）静床层高度的确定

（4）流化床床层高度的确定

查阅资料知，对于带有挡板流化床，可采用下面的公式计算膨胀比：

适用围

式中u为流化床的操作气速，m/s。

在通入气体起到起始流化时，床高

所以浓相段床高

稀相段床高

由阿基米德数，

有挡板时，由经验方程估算，

（5）扩大段直径的确定

在流化过程中，小颗粒容易被流体带到反应器的上部或外部当气体速度较大的操作状态下，被气体带走的固体颗粒数量较大，为了回收这部分颗粒，在流化床中必须设有气固分离装置。

设计采用的是在反应器上部连接一个扩大段作为自由沉降段，气速降低，部分颗粒自由沉降分离。

由于，反应的催化剂使用寿命极短，所以要像乙烯催化裂化装置一样另设一个再生器与之串联，且有研究表明催化剂床层下部的积炭程度较轻，床层存在积碳分布，高失活区域位于催化剂床层上部；

如此必须加强床层上部催化剂颗粒与气体的分离，可在稀相段设置一个气固初步分离器，在扩大段设置一个串联的二级旋风分离器，分离出来的固体，通过一个倒锥体一部分进入再生器，一部分进入浓相段。

（6）扩大段的计算

最小颗粒的带出速度：

扩大段直径D2

圆整后取

扩大段高度，取经验值

（7）锥体部分

固定流化床反应器锥体角度不大于45°

，选取反应器锥体的角度为45°

。

根据反应器直径计算可知锥体段高度，下面接口管的直径为0.6m，

由此可以推出：

综上，流化床反应器反应器高度

（8）各段壁厚的计算

设计压力0.25MPa，设计温度550℃，材料为0Cr18Ni9，则其许用应力为100MPa，根据壁厚公式计算，

浓稀相段厚度

考虑钢板负偏差圆整后，（参考化工机械基础·

国恒P161）

表4-6钢板厚度负偏差

钢板厚度

2.0

2.2

2.5

2.8~3.0

3.2~3.5

3.8~4.0

4.5~5.5

负偏差C1

0.18

0.19

0.20

0.22

0.25

0.30

0.50

6.0~7.0

8.0~25

26~30

32~34

36~40

42~50

52~60

0.6

0.8

0.9

1．0

1.1

1.2

1.3

故取

过渡段半锥角为60℃，取，则f=0.5

，

圆整后去，

密相段与过渡段连接部分的厚度K=0.5:

故取。

扩大段厚度，

取

上部封头壁厚

故取；

根据JB/T4737-95椭圆形封头深度为1500mm，直边高度为50mm。

（9）气体分布器

气体分布器是流化床反应器的主要构件之一，具有支承催化剂、均匀分布气体、证催化剂正常流化而不出现沟流，偏流，实现流化床稳定操作、强化传热传质等过程的重要部件。

而反应器为双层流化床反应器，其中下层采用管式分布器，上层采用板式分布器。

分布器的开孔率均为1%。

（10）分布板压力降计算

气体通过分布板的压力降可用下式计算：

（10）

式中：

ξ为阻力系数，其取值围为1.5～2.5；

φ为开孔率；

u为空塔气速

（11）挡板或挡网

挡板或挡网是流化床反应器的重要构件之一，床加设挡板或挡网后，能够破坏气泡的生成和长大，改善气体在床的停留时间分布和两相接触，在相当程度上减轻气体返混，从而提高了反应转化率。

其一般厚度为2～6mm。

（12）旋风分离器

旋风分离器是装在反应器部的气固分离器，目前在流化床反应器中已得到广泛采用。

它能将经过床层反应后气体中夹带的固体颗粒分离出来，以减少催化剂的浪费，降低生产成本。

旋风分离器的圆筒直径取2m，选型可以参照下表进行：

表1-2旋风分离器

旋风分离

器型式

进口形状及位置

器身形状及尺寸

型式

进口宽度

进口高度

排气管

直径

圆筒

高度

圆锥

排灰口直径

CLT型

切线直入

0.4

2～2.5

（13）裙座

裙座结构有圆筒形和圆锥形两种形式，均由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。

（14）排气孔和排气管

塔设备运行过程中有可能有气体逸出，积聚在裙座与塔底封头之间。

若该气体易爆、有毒或腐蚀，对进入裙座的检修人员造成伤害。

因此必须在裙座上部设置排气管或排气孔。

无保温层的裙座上部应均匀设置排气孔，排气孔规格和数量按表规定。

表1-3排气孔规格参照表

塔式容器直径（mm）

600～1200

1400～2400

>

2400

排气孔尺寸（mm）

φ80

φ100

排气孔中心线至

裙座壳顶端的距离（mm）

140

180

220

有保温层的裙座上部应按图所示均匀设置排气管，排气管规格按表的规定。

图1-1裙座上的排气管结构

表1-4排气管规格参照表

89×

4

108×

（15）隔气圈

当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400℃时，在裙座上部靠近封头处应设置隔气圈，隔气圈分为可拆和不可拆两种。

本装置选用比较经济的碳素钢为材料，选用径为100mm的排气管，而反应器反应温度为550℃，故在裙座上部靠近封头处设置隔气圈。

（16）裙座人孔

人孔裙座用于维修检查反应器锥体及甲醇进料管道，一般设计比较简单，只是在裙座上开两个口。

为了便于检修人员的进出，设计人孔的直径为1500mm。

4.2.2.3再生器

600℃下，空气密度为，黏度为，催化剂循环量为1000，空气的质量流量为1000。

空气进口的体积流量为1600。

出口的体积流量约为2000。

同上计算得：

浓相段直径

静床层高度

浓相段高度

扩大段直径

锥体段高度

稀相段高度为3m;

设计压力0.25MPa，设计温度650℃，材料为0Cr18Ni9，则其许用应力为42MPa，根据壁厚公式，计算得，稀相段及密相段厚度为7mm；

过渡段厚度为7mm；

扩大段厚度为8mm；

锥体部分厚度为7mm，其加强段厚度为15mm，长度为0.7m；

上部封头厚度为8mm，深度为1000mm，直边高度为50mm。

其他附件接管，取热器，旋风分离器按国家标准设计。

乙烯～丙烯选择性