流化床反应器的设计25.doc

年产3.5万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：0.12MPa(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，67.1wt%；丙烯收率，22.4wt%；总收率，89.5wt%。水醇质量比为0.2甲醇在450下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3Pa.s甲醇450下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%，甲醇的用量=烯烃质量（32/14）/0.895烯烃的生产要求是35000t/a，甲醇的量为89385/a。2 操作气速2.1 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，Frmf0.13；聚式流化，Frmf0.13。代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。2.2 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=0.532（0.4 Rep76.57Mpa,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0.15Mpa，设计温度为500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+0.1=0.3Mpa, pT=1.25p=0.25Mpa,取两者中大值，即pt=0.3Mpa。 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0.9s=123.3Mpa 可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9s，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/h24829.3操作压力 MPa0.12操作温度 450密