流化床反应器的设计.docx

流化床反应器的设计.docx

《流化床反应器的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流化床反应器的设计.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流化床反应器的设计

丙烯腈流化床反应器的设计

学院：

化工与药学院

班级:

2012化学工程与工艺1、2班

学生姓名：

翟鹏飞肖畅裴一歌

徐嘉星廖鹏飞田仪长

指导教师:

张丽丽

完成日期：

2015年12月10日

指导教师评语：

_______________________________________________

________________________________________________

________________________________________________

成绩:

教师签名:

丙烯腈流化床反应器的设计

1设计生产能力及操作条件

反应温度为：

440℃

反应压力为：

1atm

丙烯腈氨氧化法催化剂选用：

sac-2000

催化剂粒径范围为：

44～88μm

催化剂平均粒径为：

50μm

催化剂平均密度为：

1200kg/m3

催化剂装填密度为：

640kg/m3

催化性能：

丙烯腈单收>78.0%；乙腈单收<4.0%；氢氰酸单收<7.0%

耐磨强度<4.0wt%

接触时间：

10s

流化床反应器设计处理能力：

420.5kmol/h

2操作气速的选择

流化床的操作气速U0=0.6m/s，为防止副反应的进行，本流化床反应器设计密相和稀相两段，现在分别对其直径进行核算。

3流化床床径的确定

3.1密相段直径的确定

本流化床反应器设计处理能力为420.5kmol/h原料气体,根据公式:

V-气体体积流量，m3/s

U0-流化床操作气速，m/s

即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=3.9m

3.2稀相段直径的确定

稀相段直径和密相段直径一样，即DT1=3.81m

即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.9m

3.3扩大段直径的确定

在该段反应器中，扩大反应器的体积，可以减缓催化剂结焦，以及抑制副反

应的生产，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。

即:

将流速带入公式中:

即流化床反应器扩大段的公称直径为DN=5.4m

4流化床床高

4.1流化床的基本结构

床高分为三个部分，即反应段，扩大段以及锥形段高度。

4.2催化剂用量及床高

催化剂的总体积VR（m3）是决定反应器主要尺寸的基本依据。

原料气体处理

量为V=6.83m3/s。

其中静床高度计算式为：

催化剂堆体积为：

催化剂质量为：

故静床高度为：

密相段的高度：

稀相段的高度：

即反应段的高度为：

扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即

反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120°。

由三角函数，过渡段高度为：

锥形段取锥底角为40o,取锥高为H5=1.2m，其锥底直径为1.5m。

由此可得，流化床床高：

其高径比为：

5床层的压降

流化床在正常操作时具有恒定的压降，其压降计算公式为：

6选材及筒体的设计

流化床反应器的操作温度为440摄氏度，操作压力为0.1Mpa，设计温度为500摄氏度，设计压力为0.11Mpa。

由于温度较高，因此选择0Cr18Ni9材料，该种材料在设计温度下的许用应力为100Mpa，流化床体采用双面对接焊，局部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为φ=0.85，壁厚的附加量取C=2mm。

流化床的计算厚度：

考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的名义厚度为,流化床筒体的有效厚度为:

筒体的应力按下式进行计算：

许用应力

应力校核合格。

对于扩大段：

考虑到扩大段，过渡段压力略有减小，并且扩大段温度较低，因此均选取扩大段、过渡段壁厚为5mm。

锥形段为反应气体的预分布阶段，未发生反应，温度较低直径较小，因此壁厚更小，但为考虑选材与安装的方便性，其壁厚也选取为5mm。

7封头的设计

由于反应器压力较低，封头承压不大，故选用应用最为广泛的椭圆形封头，

设计压力为0.11Mpa，设计温度为440摄氏度，腐蚀裕量为2mm，封头焊缝系数为0.85。

封头高度取1m。

选择材料为0Cr18Ni9材料，在设计温度下，其许用应力为100Mpa。

形状系数为K=1.0。

封头厚度按下式进行计算：

考虑到便于焊接，故选取封头厚度为5mm。

8裙座的选取

裙座的厚度取20mm,高度为1m。

9水压试验及其强度校核

水压试验的试验压力PT=1.25P=0.1375Mpa。

水压试验时壁内应力为：

已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为ReL=137Mpa，计算0.9ReL=123.3Mpa

可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9ReL，水压试验安全。

10旋风分离器的计算

在流化床顶部，为防止小粒径催化剂颗粒随气体被带出，故在流化床扩大段设立二级旋风分离器。

已知催化剂颗粒直径范围为44µm～88µm，从反应器出来的气体流速ui=23.78m/s。

一级分离器直径计算：

标准旋风分离器N=5

旋风分离器的布置和结构：

一级旋风分离器的料腿下伸到床底部，下料腿端部安装锥形堵头，使催化剂能够随自下而上的气流进入下料管内。

二级旋风分离器下料腿置入床层稀相区，下料腿端部安装挡风帽和翼阀。

11主反应器设计结果

主反应器最终设计结果如下：

项目名称

主反应流化床反应器

操作介质

丙烯、氨气、氧气

操作流量m3/s

6.83

操作压力MPa

0.11

操作温度℃

440

密相段气速m/s

0.6

密相段直径m

3.9

密相段高度m

11.4

稀相段气速m/s

0.6

稀相段直径m

3.9

稀相段高度m

7.8

扩大段气速m/s

0.3

扩大段直径m

5.4

扩大段高度m

1.8

过渡段高度m

0.43

锥形段m

1.2

裙座m

1.0