流化床反应器的设计

1、丙烯腈流化床反应器的设计学院:班级:化工与药学院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：目录1 设计生产能力及操作条件 12 操作气速的选择 13 流化床床径的确定 23.1 密相段直径的确定. 23.2 稀相段直径的确定. 23.3 扩大段直径的确定. 24 流化床床高 24.1 流化床的基本结构. 24.2 催化剂用量及床高. 35 床层的压降 36 选材及筒体的设计 47 封头的设计 48 裙座的选取 59 水压试验及其强度校核 510 旋风分离器的计算 511 主反应器设计结

2、果 5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 C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：4488卩m催化剂平均粒径为：50卩m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/h2 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

3、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，vm/sU0- 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=3.9m3.2 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=3.9m3.3 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=5.4m4 流化床床高4.1 流化床的基本结构床

4、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（ m）是决定反应器主要尺寸的基本依据。原料气体处理量为V=6.83m/S。其中静床高度计算式为：催化剂堆体积为： V V气体t接触 6.83 1068.3m3催化剂质量为：m催化剂堆Vr 640 68.3 43712kg故静床高度为：密相段的高度： 也 2H mf 2 5.7 11.4m稀相段的高度： 出 2Dt1 2 3.9 7.8m即反应段的高度为：H 已 H2 11.4 7.8 19.2m扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即 H35.4 1 31.8m反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120 。由三

5、角函数，过渡段高度为：锥形段取锥底角为40,取锥高为H5=1.2m,其锥底直径为1.5m。由此可得,流化床床高：其咼径比为：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O.IMpa,设计温度为 500摄氏度，设计压力为O.IIMpa。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 =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

6、筒体的有效厚度为 : e n C 3mm筒体的应力按下式进行计算：许用应力 t 100 0.85 85Mpa 71.56Mpa , 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0Cr1

7、8Ni9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 5mm8裙座的选取裙座的厚度取20mm高度为1m9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 Fk=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 44卩m-88卩m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/s6.83操作压力MPa0.