丙烯腈流化床反应器催化剂床高和藏量的计算.doc

丙烯腈流化床反应器催化剂床高和藏量的计算.、八、一前言本文从丙烯腈装置反应器催化剂床层实际测得的压差， 推导 出催化剂密相段流化密度、流化高度和催化剂藏量的计算公式， 并与原设计的半经验计算结果进行了比较，该计算结果更加准 确，符合实际。一、原设计半经验公式 气-固流化床反应器床层高度的确定应当同时考虑化学反应 动力学、 传质速率以及两相流动的影响。 但由于影响因素比较复 杂，目前还不能进行精确计算。现有的方法有：在一系列简化假 定的基础上， 同时考虑化学反应速率和扩散速度的计算方法； 采 用简化的数学模型及根据流化床气泡的产生过程进行近似计算； 根据流化床层膨胀比、空隙率进行近似计算。在一些文献和书中给出了一些有关的数学模型和计算公式， 但具有一定的局限性。 本文根据床层的空隙率对流化高度进行近 似计算。在气固催化剂流化床中，当空塔线速小于临界流化速率时，为固定床阶段，床高为静止床高 H0;当气速等于临界流化速率 时，床高为Hmf,空隙率为£ mf;当气速大于临界流化速率时， 床层发生膨胀，床高为 H仁空隙率为f。静止床层高度即反应器中静止堆放催化剂的高度。临界流化床层空隙率利用下式可求： 由以上两式即可求得临界流化高度 模型中临界流化空隙率的计算是关键。 本文作者通过对各种 关联公式的分析、对比，关联式£ f=Ar-0.21 (18Re+0.36Re2)0.21 具有很好的推广性。因为该公式避开了气泡理论，从流体 的流化状态出发， 使用雷诺数和阿基米德数关联空隙率， 反映湍 流状态下的流化床床层膨胀情况。但该公式还不能直接应用，即空隙率采用公式： 在公式( 4)中： 在工业生产中操作气速由反应要求和生产要求决定。 具体操 作与进气量、温度、压力、反应器有效截面积有关，计算采用下 式：在求出以上各参数的基础上利用公式：即可求出催化剂流化高度。公式(1 )(8)构成了流化床 流化高度计算的数学模型。 上述数学模型具有以下几个优点： (1) 模型简便、实用；( 2)从流化状态出发计算湍流状态下的流化 床流化高度； ( 3 )模型中基本包括了流化高度的主要影响因素；( 4)可以应用于工业生产。二、流化高度数学模型计算误差分析 本文将这一数学模型应用到某丙烯氨氧化制丙烯腈的气固 催化剂流化床反应器中。 采用实际的生产数据回归计算模型中的 常数K1、K2、K3、K4,所采用的数据均有一定的变化范围，具有较大的适应性。所得床层孔隙率公式为：用其它 60 组实际生产数据对这一模型进行检验，计算结果 表明，催化剂流化高度计算值的最大相对误差为5.26%，最小相对误差为 0.04%，平均相对误差为 1.28%。从模拟计算结果可以看出， 计算结果与实际值拟和较好。 可 以作为工业生产中气固催化剂流化床流化高度的模拟计算。三、影响催化剂流化高度的因素分析 由数学模型可以看出，影响流化床流化高度的主要因素有： 催化剂平均颗粒直径、催化剂储量、总进气量、反应压力、反应 温度。影响分析如下：。3.1 催化剂平均颗粒直径的影响催化剂颗粒的平均直径对流化高度的影响很大。 随着催化剂 平均颗粒直径的增加，流化高度减小。3.2 催化剂储量的影响 催化剂储量增加，流化高度随之增加。如果流化高度超高， 则不能再增加催化剂储量，即不能再提高生产能力。3.3 总进气量的影响总进气量增加， 流化高度增加， 并且总进气量对流化高度的 影响很大。 但当催化剂的流化高度达到反应器的要求极限时， 则 不能再增加进气量。3.4 反应器压力的影响在实际的工业操作中， 为了降低流化高度， 常采用加压的方法。但实际的效果并不理想，尤其在大负荷的生产下，加压对流 化高度的抑制作用很小。3.5 反应温度的影响反应温度对流化高度的影响很小， 随着反应温度的增加， 流 化高度略有增加。 在工业生产中， 反应温度由化学反应及催化剂 活性而定，且在实际的操作中调整不大。四、数学模型在实际生产中的应用 根据给定的条件使用该数学模型可以模拟计算流化床的流 化高度，对生产具有一定的指导作用。例如，某丙烯腈厂，根据已知的数据：催化剂储量、总进气 量、反应压力、反应温度、原料比，产物的产率、流化高度等， 利用数学模型反算出反应器中催化剂颗粒的平均直径。 2012年 6 月1日7月29日近两个月的计算结果如下图。从图中可以明显的看出催化剂颗粒平均直径有逐渐变小的 趋势，说明催化剂或生产操作等某些方面出现了问题， 引起厂方 的注意。 由此可见， 催化剂粒度变化曲线可以使厂方随时了解反 应器中催化剂平均粒度的变化情况， 以便及时、 准确采取正确决 策。结束语（ 1 ）本文结合实际生产研究开发的数学模型，满足工业生 产的精度要求， 可以用于气固催化剂流化床反应器流化高度的模 拟计算。在实践中得到了应用， 对工业生产具有一定的指导作用。（2）影响丙烯腈反应器催化剂床层高度的主要因素有催化剂平均颗粒直径、 催化剂储量、 进气量、反应温度、 反应压力等。（3）使用该数学模型可以反算出反应器中催化剂的平均颗 粒直径，可以随时了解反应器中催化剂的平均粒度的变化情况。