流化床反应器的设计

1、年产 3 .5 万吨烯炷流化床反应器设计d Rep= 10001操作工艺参数反应温度为：450 C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：3080叩催化剂平均粒径为60 1 m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450C下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3 H Pa.s甲醇450C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8

2、9.5wt%，甲醇的用量=烯轻质量X(32/14) /0.895烯轻的生产要求是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丁床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来,dpUmfRep= 20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：对丁的小颗粒Umfdp p g1650(D对丁的大颗粒Umfdp24.51/2p g式中：dp为颗粒的平均粒径；伊，p分别为颗粒和气体的密度;11为气体的粘度假设颗粒的雷诺数Rep<20，将已知数据代入公式（1）,校核备诺数:将Umf带入弗鲁

3、德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化,FrmfV 0.13；聚式流化，Frmf>0.13。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床内流体的速度等丁颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等丁流体对颗粒的曳力）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:d UR =0.4当ep时,2日dgp pU -t 18(3)0.4<R 二功当 ep500时,1/ 3Ut4P225(4)d U_ p tR =500当ep时,1/ 23.1dUt 1(5)流化床正常操作时不

4、希望火带，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=60 计算带出速度。代入已知数据求得校核备诺数：Rep=0.532 (0.4 <Rep<500)2.3流化床操作气速如上所述，已知颗粒的临界流化速度 Umf和催化剂的小颗粒的带出 Ut,对丁采用 高流化速度，其流化数(流化数=气体表观速度/临界流化速度)可以选着 300-1000, 本装置设计使用流化数为1000,带入计算故本装置的操作气速为1.3m/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床径的确定 3.1密相段直径确定本流化床反应器设计处理能力为 13.4

5、t/h。体积流量为24829.3m3/h甲醇气体，即6.9m3/so根据公式-4V-,、dt=J（6）V nu。即流化床反应器密相段的公称直径为 DN=2.6m3.2稀相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，本厂设计稀相段流化数为700,计算过程如下：将流速带入公式（6）中即流化床反应器稀相段的公称直径为 DN=3.1m4流化床床高床高分为三个部分，即反应段，扩大段，以及锥形段高度C甲醇处理量为M=13.4t/h取质量空速为2h-1，则催化剂的量为6.7吨。由催化剂的装填密度为750kg/m3,所以静床高度的确定时46700 4 2 1.7m

6、Dt750 3.14 2.6考虑到床层内部的内部构件，取静床层高度为2.0m。流化时的流化比取2,因此床层高度H1=2Hmf=3.4m。扩大段高度取扩大段直径的三分之一，H2=1.1m。反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120。，由三角函数，过渡段高度锥形段取锥底角为400，取锥高为H4=1.2m,其锥底直径为1.5m。由此可得，流化床总高 H=H1+H2+H3+H4=5.92m其长径比为5.92/2.6=2.3。5床层的压降流化床在正常操作时具有包定的压降，其压降计算公式为6流化床壁厚流化床反应器的操作温度为 450摄氏度，操作压力为0.12Mpa,设计温度为500摄 氏度，设计压力为0.

7、2Mpa,由丁温度较高，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4 =0.85壁厚的附加量取c=2mm。流化床壁厚：考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的设计壁厚为6mm,流化床体的有效厚度为te=tn-C1-C2=3.4mm。筒体的应力按下式进行计算t p D te0.2 2600 3.4t 76.57Mpa2te2 3.4eo许用应力凑3 =100x0.85=85Mpa76.57Mpa,应力校核合格。td=- c °.2 31002 5.7mm2 p2 100 0.85

8、 0.2对丁扩大段，H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。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

9、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0.9 s=123.3Mpa可以知道水压试验时筒体壁内应力小于 0.9骸水压试验安全。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