年产15万吨丙烯腈项目-反应器设计说明书

目录

目录 (1)

反应器设计说明书 (1)

概论 (1)

1.1 设计目标 (1)

1.2 反应机理 (1)

1.2.1 动力学数据来源 (1)

1.2.2 动力学分析 (17)

1.2.3 热力学分析 (18)

1.3 催化剂的选择 (18)

1.3.1 V-Sb催化剂体系 (19)

1.3.2 Mo-V催化剂体系 (22)

1.3.3 Bi-Mo催化剂体系 (22)

1.3.4 P-V催化剂体系 (22)

1.3.5 Ga-Sb催化剂体系 (23)

1.4 催化剂的比较 (23)

1.4.1 丙烷直接氨氧化制丙烯腈催化剂比较 (23)

1.4.2 总结 (24)

1.5 反应器参数优化选择 (24)

1.5.1 反应温度的选择 (25)

1.5.2 反应压力的选择 (25)

1.5.3 氨比(氨与丙烷摩尔比)对收率的影响 (26)

1.6 反应器设计 (27)

1.6.1 反应器类型选择 (27)

1.6.2 本厂反应器的选择 (30)

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1.7 反应器尺寸计算 (32)

1.7.1 反应器直径的确定 (33)

1.7.2 反应器床层高度计算 (35)

1.7.3 机械强度的计算与校核 (37)

1.7.4 SW6强度校核 (39)

1.7.5 气体分布器设计 (43)

1.7.6 接管设计 (49)

1.7.7 人孔设计 (50)

1.8 旋风分离器设计 (51)

1.9 催化剂加料系统 (53)

1.10 撤热方式设计 (53)

1.10.1 撤热方式的选择 (54)

1.10.2 撤热管选择 (54)

1.10.3 撤热水系统简述 (55)

1.10.4 撤热水系统的模拟 (56)

1.10.5 撤热管及其排布设计 (58)

1.11 危险分析与安全措施 (61)

1.11.1 反应器危险性评估 (61)

1.11.2 应急措施 (61)

1.12 反应器SIS控制 (62)

1.13 反应器小结 (63)

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反应器设计说明书

概论

反应器是工程设计中典型的非标设备，是整个项目的核心内容，故准确设计反应器尺寸等在工程设计中起着重要的作用，本次设计主要参考了《化工原理》、《压力容器手册》、《过程设备设计与选型基础》等相关资料，对反应器进行了筒体壁厚、封头壁厚、管板厚度、法兰复核、内构件设计、管口设计以及强度校核等方面的设计，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。

1.1 设计目标

（1）反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足:

（2）反应器有良好的传热能力；

（3）反应器内温度分布均匀；

（4）反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；

（5）反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；

（6）反应器材料满足反应物腐蚀要求；

（7）保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；

（8）降低反应过程中副反应发生的水平。

1.2 反应机理

1.2.1 动力学数据来源

1.2.1.1 动力学数据选用

我国对丙烷制取丙烯腈的催化剂动力学研究，基本上都是丙烷两步法制取丙烯腈，对于丙烷一步法制取丙烯腈不同催化剂的动力学研究基本没有。通过查阅大量外文文献，我们得知了德国慕尼黑大学的R.K.Grasselli教授是一位从事催化

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剂方面的专家，并正在十年前从事了丙烷一步法氨氧化丙烯腈钼钒体系催化剂动力学方面的研究，并且数据已应用了五年，没有任何问题。于是我们向Grrasselli 教授发送了邮件询问并收到了回信。如图1-1：

图1-1 德国慕尼黑大学Grasselli教授的邮件回复

通过他的介绍，我们得到了完整的丙烷一步法氨氧化制取丙烯腈钼钒体系催化剂的动力学数据。反应的动力学模型基于Langmuir-Hinshelwood型动力学方程，反应为气相反应，推动力基于催化剂的质量，催化剂为Mo-V-Nb-Te-O催化剂，反应共有十二个化学反应方程式：

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图1-2 十二个动力学方程

对于反应1、反应3、反应5、反应6，本征动力学方程为：

其中参数P，O，N分别代表丙烷，氧气和氨气的摩尔浓度，参数K P，K O，K N分别表示丙烷，氧气和氮气的吸附力常数。

对于反应2，反应4，本征动力学方程为：

其中参数P，O，N分别代表丙烷，氧气和氨气的摩尔浓度，参数K P，K O，K N分别表示丙烷，氧气和氮气的吸附力常数。

对于反应7~12，本征动力学方程为：

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对于参数I，对于反应7~9代表丙稀的摩尔浓度，对于反应10代表丙烯腈的摩尔浓度，对于反应11代表乙腈的摩尔浓度，对于反应12代表氢氰酸的摩尔浓度。

对于参数n，在反应12中取n=1，其他反应取n=3.

对于参数K P和K O，分别代表丙烯和氧气的吸附力常数。

对于参数N，在反应7-9中取N=3，反应10、反应11、反应12中分别取N=2，N=10，N=5。

各反应本征动力学方程各参数的指前因子和活化能如下：

对于反应1~6，指前因子和活化能遵循图1-3，

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