固定床流化床设计计算.docx

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1、燃燃液相选择加氢固定床床反应器设计计算由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、操作弹性大、建设投资低等优点,而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳煌类选择加氢精制等领域;将碳四储分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四储分中的乙基乙块和乙烯基乙烘等;在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高,流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略;对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响；一、固定床反应器设计碳四储分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器;在工程上要确定反应器的几何尺寸,首先得确定出一定生产能力下所需的

2、催化剂容积,再根据高径比确定反应器几何尺寸；反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数,对反应器的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计；1 .设计参数反应器进口温度：20进口压力：进料量含氢气进料组分体积流量：h质量流量：3951kgh液相体积空速：400h,2 .催化剂床层设计计算正常状态下反应器总进料量为2040m7h液体体积空速400h1则催化剂用量VR=V总/Sv=2040400=5.1m3催化剂堆密度外=850依/催化剂质量%=PBXYR=850X5.1依=4335依求取最适宜的反应器直径D:设不同D时,其中高径比一般取2-10,设计反应器时,为了尽可能避免径向

3、的影响,取反应器的长径比5,则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量2040m7h及液体空速400h1,计算反应器的诸参数：取床层高度1=5m,则截面积S=Vr1=5.15=1.02m2床层直径D=4S7=41.023.14=1.140因此，圆整可得反应器内径可以选择1200mm此时,床层高度10=%=4x5.4.512mD23.141.22反应器选型表4-1和表4-2为反应器类型；表4-1固定床反应器类型比较反应器优点缺点备注绝热固定床反应器结构简单，反应器单位体积内催化剂量大,生产能力大；反应过程中温度变化大；主要用于热效应不大的反应；自热式固定以原料气作为冷却反应器结构复主要用于热效应床

4、剂来冷却床层，易杂造价高,只不高的高压反应维持床层在一定的适合用于放热过程；温度分布；反应；多段绝热式固定床层之间设置气体传热较差；适合各种宽热效床的冷却装置,有效应反应；的减小了床内的温度变化,有较高的反应速率;反应器结构简单,能容纳较多的催化剂,温度分布合理,能是反应接近最佳温度曲线进行,产能大，转化率高；总结比较三种固定床的优缺点以及结合本工艺特点选用绝热固定床反应器；二、流化床反应器设计11反应器设计原则1具有适宜的流体力学条件,流动性能好,有利于热量传递和质量传递；2合理的结构,能有效的加速反应和水的脱除；3保证压力和温度符合操作条件；4操作稳定,调节方便,能适应各种操作条件的变化；

5、12流化床反应器的设计以Superf1ex工艺为依托，以C4为原料，以ZSM-5分子筛为催化剂活性组分,通过流化床反应器,将C4转换为乙烯、丙烯产品；其特点是在2个独立的流化床反应器区中分别进行乙烯和丁烯歧化反应过程,产物汇总后进入分离系统，乙烯、丙烯产品出装置,C及C以上组分循环返回反应器继续转化G及以上组分两股物流在返回烯燃转化反应区之前有少量驰放，以免惰性组分积累；催化剂顺次通过反应器,经汽提后进入再生器烧焦,再生催化剂连续返回反应器以实现连续反应-再生；13流化床反应器计算说明1基本参数：催化剂颗粒密度：pp=1500kgm3催化剂堆密度：p=700kgm3催化剂平均粒径：4,=0.1

6、2w=12x1(4机属于B区粒子混合气体粘度：=2.0105Pa.s反应温度：T=550C反应压力:P=C1处理流量：m0=30584/h混合气体密度：p=mJVfi=30584/17505=1.75kg/m3流化床出口流量：Y=29667m3/A4.2.2工艺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W;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&P必比20的小颗粒1650对于R=也小1000的大颗粒由于C4裂解反应需要较长的接触时间,故流化床的操作线速不必太高;4.2.2.1操作气速1起始流化速度Uw

7、的确定设Rev20,%d*Ppf)g=(12x1(4)2(1500T75)x9.8=641x止血165016502.0W5复核Re值，Re=1.21O46.411O31752.0XW5=0.067320故假设Rev20合理;2将Uq带入弗鲁德准数公式乙/=作为判断流化形式的依据；散式流dpgFrtnf0.13;代入已知数据求得将.复带入弗鲁德准数公式=3乎上=00350.13,流化形式为散式mjmfdpg1.21049.8流化；2逸出速度q的确定设0.4Re,”500,则复核Re值故假设0.4Rew500合理；3流化床操作气速操作速度均表示流化床在正常操作时流体的速度,一般(“人；根据C4裂解

8、反应流化床操作速度围为6.4以10一3加/5“0.574根/$,两个速度之比为,所选气速不应太接近这一允许气速范围的任一极端;故可取=s;4.2.2.2流化床反应器尺寸1流化床浓相段直径的确定经计算,采用单个流化床反应器圆整为500Omm2催化剂装填量的确定根据反应动力学,为了确保C4储分在一定时间内保持较高的转化率,需控制C4微分质量空速为15hf;C4镭分质量流量为30584kgh;根据操作空速为3h,以反应空速计算催化剂装填量为mcid=305843=10195kg(3)静床层高度1。的确定催化剂堆密度：p=700kgZm3(4)流化床床层高度的确定查阅资料知,对于带有挡板流化床,可采用

9、下面的公式计算膨胀比：R=(:心适用范围0.070.9210.76w-式中U为流化床的操作气速,m/s;在通入气体起到起始流化时,床高1mf1o=O.74根所以浓相段床高1f=R1mf=1.240.74=0.92m稀相段床高由阿基米德数，有挡板时，由经验方程估算，5扩大段直径的确定在流化过程中，小颗粒容易被流体带到反应器的上部或外部当气体速度较大的操作状态下，被气体带走的固体颗粒数量较大,为了回收这部分颗粒,在流化床中必须设有气固分离装置；设计采用的是在反应器上部连接一个扩大段作为自由沉降段,气速降低，部分颗粒自由沉降分离；由于,反应的催化剂使用寿命极短,所以要像乙烯催化裂化装置一样另设一个再

10、生器与之串联,且有研究表明催化剂床层下部的积炭程度较轻,床层内存在积碳分布，高失活区域位于催化剂床层上部；如此必须加强床层上部催化剂颗粒与气体的分离,可在稀相段设置一个气固初步分离器,在扩大段设置一个串联的二级旋风分离器,分离出来的固体,通过一个倒锥体一部分进入再生器,一部分进入浓相段；6扩大段的计算最小颗粒的带出速度：扩大段直径D,。,=呼=、尸亚匚=6.3机-ufV36003.140.26圆整后取D2=6m扩大段高度,取经验值13=D2=6m7锥体部分固定流化床反应器锥体角度不大于45,选取反应器锥体的角度为45。；根据反应器直径计算可知锥体段高度,下面接口管的直径为，由此可以推出：综上,

11、流化床反应器反应器高度8各段壁厚的计算设计压力，设计温度550,材料为OCrI8Ni9,则其许用应力为IOoMPa,根据壁厚公式计算,浓稀相段厚度d=.W,+G=0.2550002x100x0.850.25考虑钢板负偏差C1圆整后，G=0.8m机参考化工机械基础陈国恒P161表4-6钢板厚度负偏差钢板厚度2负偏差C1钢板厚度2526303234364042505260负偏差C11.0故取3=Iomm过渡段半锥角为60,取R/D1=0.5,则f=一0.5Pe+C20.550000.251OO0.85-0.50.25+1=3.36mm,C1=0.3mm圆整后去，=1Qmm密相段与过渡段连接部分的厚度K=:+C2=3.6Smm2400排气孔尺寸mm8080100排气孔中心线至裙座壳顶端的距离nun140180220有保温层的裙座上部应按图所示均匀设置排气管,排气管规格按表的规定;图IT裙座上的排气管结构表1-4排气管规格参照表塔式容器内直径mm6001200140024002400排气孔