流化床反应器的设计.doc
丙烯腈流化床反应器的设计学 院： 化工与药学院 班 级: 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13.1 密相段直径的确定13.2 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46 选材及筒体的设计47 封头的设计58 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 主反应器设计结果6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：4488m催化剂平均粒径为：50m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 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，m3/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（m3）是决定反应器主要尺寸的基本依据。原料气体处理量为V=6.83m3/s。其中静床高度计算式为：催化剂堆体积为：催化剂质量为：故静床高度为：密相段的高度：稀相段的高度：即反应段的高度为：扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120。由三角函数，过渡段高度为：锥形段取锥底角为40o,取锥高为H5=1.2m，其锥底直径为1.5m。由此可得，流化床床高：其高径比为：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0.1Mpa，设计温度为500摄氏度，设计压力为0.11Mpa。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,流化床筒体的有效厚度为:筒体的应力按下式进行计算：许用应力,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5mm。8 裙座的选取裙座的厚度取20mm,高度为1m。9 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ReL=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44m88m，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 MPa0.11操作温度 440密相段气速 m/s0.6密相段直径 m3.9密相段高度 m11.4稀相段气速 m/s0.6稀相段直径 m3.9稀相段高度 m7.8扩大段气速 m/s0.3扩大段直径 m5.4扩大段高度 m1.8过渡段高度 m0.43锥形段 m1.2裙座 m1.0
