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(5页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![流化床反应器的设计.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-1/26/fca8cd42-d729-4b87-a2b2-273d2980762e/fca8cd42-d729-4b87-a2b2-273d2980762e1.gif)
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