1、流化床反应器的设计流化床反应器的设计25(总8页) 年产万吨烯烃流化床反应器设计1 操作工艺参数反应温度为:450反应压力为:(绝压)操作空速为:15h-1MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为:3080m催化剂平均粒径为60m催化剂颗粒密度为1500kg/m3催化剂装填密度为 750kg/m3催化性能:乙烯收率,%;丙烯收率,%;总收率,%。水醇质量比为甲醇在450下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为甲醇450下的密度根据理想气体状态方程估算为m3甲醇处理量:根据催化剂的催化性能总受率为%,甲醇的用量=烯烃质量(32/14)/烯烃的生产要求是35000t/a,甲醇的量为8
2、9385/a。2 操作气速 最小流化速度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Umf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 (2)式中:dp为颗粒的平均粒径;p,分别为颗粒和气体的密度;为气体的粘度假设颗粒的雷诺数Rep20,将已知数据代入公式(1),校核雷诺数:将Umf带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化,Frmf;聚式流化,Frmf。代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。 颗粒的带出速度Ut床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度(即颗粒
3、的重力等于流体对颗粒的曳力)时,颗粒开始从床内带出,此时流体的速度成为颗粒的带出速度Ut其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度Ut,其计算公式如下式所示:当时, (3)当时, (4) 当时, (5)流化床正常操作时不希望夹带,床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度Ut,因此用dp=60m计算带出速度。代入已知数据求得 校核雷诺数: Rep=( Rep,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6mm。 锥形段阶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
4、厚也选取为6mm。6椭圆封头 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,设计温度为500摄氏度,腐蚀裕量为2mm,封头焊缝系数为。 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=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6mm。7裙座 裙座的厚度按经验选取为20mm,高度为1m。8水压试验及其强度校核 水压试验的试验压力有pT=p+=, pT=,取两者中大值,即pt=。 水压试验时壁内应力 已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为s=137Mpa,计算s= 可以知道水压试验时筒体壁内
5、应力小于s,水压试验安全。9旋风分离器 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,根据旋风分离器的规格,选用CLG型旋风分离器,其中一级旋风分离器的直径为640mm,二级旋风分离器的直径为540mm。 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。10 主反应器设计结果主反应器最终设计结果如下:表4-1 主反应器R101设计表项目名称主反应流化床反应器操作介质甲醇和水混合气,Sr-SAPO-34操作流量 m3/h操作压力 MPa操作温度 450密相段气速 m/s密相段直径 m密相段高度 m稀相段气速 m/s稀相段直径 m稀相段高度 m过渡段高度m锥形段 m裙座m1
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