流化床反应器的设计
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流化床反应器的设计 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
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
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>%;乙腈单收<%;氢氰酸单收<%
耐磨强度<%
接触时间:10s
流化床反应器设计处理能力:h
2 操作气速的选择
流化床的操作气速U0=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
密相段直径的确定
本流化床反应器设计处理能力为h原料气体,根据公式:
V-气体体积流量,m3/s
U0-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=
稀相段直径的确定
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=
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=
4 流化床床高
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。
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=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=,其锥底直径为。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,设计温度为500摄氏度,设计压力为。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=,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,设计温度为440摄氏度,腐蚀裕量为2mm,封头焊缝系数为。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=。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 T==。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R eL=137Mpa,计算=
可以知道水压试验时筒体壁内应力小于,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44μm~88μm,从反应器出来的气体流速u i=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。