反应器选型与设计完结Word格式.docx
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用于加压反应尤为合适。
1.3固定床反应器
固定床反应器的优点是：
①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是：
①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
1.4流化床反应器
（1）流化床反应器的优点
①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可高达3280~16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层
与内浸换热表面间的传热系数很高[200~400𝑊
/（𝑚
2∙𝑘
）]，全床热容量大，热稳定性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。
这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。
使得易失活催化剂能在工程中使用。
（2）流化床反应器的缺点
①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。
加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。
因此流化床一般达不到固定床的转化率。
②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。
虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。
流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
二、反应器设计原则
反应器设计时，应遵循“合理、先进、安全、经济”的原则，具体设计时还需满足以下要求：
1．满足物料转化率和反应时间的要求
2．满足反应的热传递要求
3．满足物料流动和混合的要求，设计适当的搅拌器或类似作用的装置
4．满足防腐和机械加工要求，合理选择材质
三、反应器选型
1.参考相关文献，对于气-固相反应，反应器类型主要有固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器，本反应的反应器类型主要为固定床反应器。
对于固定床反应器的优点是：
正因为它有这么多优点，根据工艺需求，考虑到气-固相反应形式，因此最后选择气-固相绝热固定床反应器。
2.工艺确定（国外传统的甲苯歧化与烷基转移技术）
目前,世界上传统的甲苯歧化与烷基转移技术共有6种,即Xylene一Plus法、Tatoray法、LTD法、MTDP法、T2Bx法及MsTDP法。
我们采用的是与Tatoray法类似的生产工艺。
2.2反应机理
反应序号
反应方程式
1
2TOL-->
BZN+PX
2
BZN+OX
3
BZN+MX
4
TOL+1,2,3TMB-->
2PX
5
2OX
6
7
TOL+1,2,4TMB-->
8
9
2MX
10
TOL+1,3,5TMB-->
11
12
13
1,2,3TMB+H2-->
BZN+C3H8
14
1,2,4TMB+H2-->
15
1,3,5TMB+H2-->
16
C3H8-->
H2+C3H6
17
TOL+P-MEB-->
EB+PX
18
EB+OX
19
EB+MX
20
TOL+O-MEB-->
21
22
23
TOL+M-MEB-->
24
25
26
P-MEB+H2-->
TOL+C2H6
27
O-MEB+H2-->
28
M-MEB+H2-->
29
C2H6-->
C2H4+H2
30
2P-MEB-->
EB+C10A
31
2O-MEB-->
32
EB+CH4
33
EB+CH4
34
3．物料表
反应器进料物料
反应器出料物料
TemperatureC
450
Pressurebar
VaporFrac
MoleFlowkmol/hr
2376.357
MassFlowkg/hr
72796.063
VolumeFlowcum/hr
4608.989
EnthalpyGcal/hr
21.12
21.058
H2
3499.992
3482.8
TOL
25036.04
5885.141
BZN
260.444
2545.285
OX
238.748
8132.963
MX
37.974
13734.275
PX
46.298
8159.671
EB
1.7
7236.032
P-MEB
2388.639
386.959
O-MEB
2023.336
327.78
M-MEB
7393.744
2676.535
1,3,5TMB
9358.857
6186.205
1,2,3TMB
4937.441
3856.141
1,2,4TMB
16041.986
8357.875
C10A
1530.866
CH4
29.939
C2H6
56.116
C2H4
C3H8
211.478
C3H6
CO2
CH4O
H2O
C4H8--01
C5H10-01
C6H12-01
1,4-DTB
1736.21
1727.682
271.716
63.871
3.334
32.584
2.249
76.605
0.358
129.364
0.436
76.857
0.016
68.157
19.873
3.219
16.834
2.727
61.515
22.268
77.864
51.468
41.079
32.083
133.467
69.536
11.406
1.866
4.796
***VAPORPHASE***
Enthalpykcal/kg
290.132
289.268
HeatCapcal/gm-K
0.734
Conductivitykcal-m/hr-sqm
0.139
0.14
Densitykg/cum
15.794
ViscositycP
0.018
四.固定床反应器的计算方法（甲苯歧化与C9芳烃烷基转移翻译器计算示例）
•固定床反应器工艺计算的内容有三个方面：
一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算，二是床高和床径的计算，三是传热面积和床层压力降的计算。
•ＶＲ的计算有经验法和数学模型法两种。
•经验法是根据空速、空时收率、催化剂负荷等数据，反推完成一定任务所需的催化剂装填量，比较简单。
•数学模型法按座标数目分有一维模型和二维模型；
按相态分有拟均相模型和非均相模型。
4.1经验计算法（经验法主要用于计算催化剂床层体积、传热面积及床层压力降。
）
4.1.1催化剂的选择
本工艺采用绝热固定床反应器，与Tatoray技术类似，选用沸石催化剂，临氢操作，反应原料为甲苯和C9芳烃。
该工艺工业化后催化剂不断更新换代，转化率由原来的35.5%提升至47.0
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