流化床反应器的设计定稿版

流化床反应器的设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

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：

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________________________________________________ 成绩:

教师签名:

目录

1 设计生产能力及操作条件 (1)

2 操作气速的选择 (1)

3 流化床床径的确定 (2)

3.1 密相段直径的确定 (2)

3.2 稀相段直径的确定 (2)

3.3 扩大段直径的确定 (2)

4 流化床床高 (3)

4.1 流化床的基本结构 (3)

4.2 催化剂用量及床高 (3)

5 床层的压降 (4)

6 选材及筒体的设计 (4)

7 封头的设计 (5)

8 裙座的选取 (5)

9 水压试验及其强度校核 (5)

10 旋风分离器的计算 (6)

11 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：44～88μm

催化剂平均粒径为：50μm

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/h

2 操作气速的选择

流化床的操作气速U

=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/s

-流化床操作气速，m/s

U

即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=3.9m

3.2 稀相段直径的确定

=3.81m

稀相段直径和密相段直径一样，即D

T1

即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.9m

3.3 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=5.4m

4 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V R （m 3）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 3/s 。其中静床高度计算式为：

催化剂堆体积为：33.681083.6m t V V r =⨯=⨯=接触气体

催化剂质量为：kg V m r 437123.68640=⨯=⨯=堆催化剂ρ

故静床高度为：

密相段的高度：m H H mf 4.117.5221=⨯==

稀相段的高度：m D H T 8.79.32212=⨯==

即反应段的高度为：m H H H 2.198.74.1121=+=+= 扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即m H 8.13

14.53=⨯= 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H 5=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φ=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:mm C n e 3=-=δδ

筒体的应力按下式进行计算：

许用应力[]Mpa Mpa t

56.718585.0100>=⨯=φδ,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P

=1.25P=0.1375Mpa。水压试验时壁内应力为：

T

=137Mpa，计算已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为R

eL

0.9R

=123.3Mpa

eL

可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9R

，水压试验安全。

eL