固定床流化床設(shè)計(jì)計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上炔烴液相選擇加氫固定床床反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算由于固定床反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、 操作彈性大、建設(shè)投資低等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于各類油品催化加氫裂化及精制、低碳烴類選擇加氫精制等領(lǐng)域。將碳四餾分液相加氫新工藝就是采用單臺(tái)固定床絕熱反應(yīng)器進(jìn)行催化選擇加氫脫除碳四餾分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。在工業(yè)裝置中，由于實(shí)際所采用的流速足夠高，流體與催化劑顆粒間的溫差和濃差，除少數(shù)強(qiáng)放熱反應(yīng)外，都可忽略。對(duì)于固定床反應(yīng)器來(lái)講最重要的是處理好床層中的傳熱和催化劑粒子內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)的影響。一、 固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì) 碳四餾分選擇性加氫反應(yīng)器一般采用絕熱固定床反應(yīng)器。在工程上要確定反應(yīng)器的幾何尺寸，

2、首先得確定出一定生產(chǎn)能力下所需的催化劑容積，再根據(jù)高徑比確定反應(yīng)器幾何尺寸。 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)要求確定的參數(shù)，對(duì)反應(yīng)器的大小及高徑比、催化劑床層和液體分布板等進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。1. 設(shè)計(jì)參數(shù)反應(yīng)器進(jìn)口溫度： 20 進(jìn)口壓力：0.1MPa進(jìn)料量(含氫氣進(jìn)料組分)體積流量：197.8m3/h質(zhì)量流量：3951kg/h液相體積空速：400h-12. 催化劑床層設(shè)計(jì)計(jì)算正常狀態(tài)下反應(yīng)器總進(jìn)料量為2040m3/h液體體積空速400h-1則催化劑用量催化劑堆密度催化劑質(zhì)量求取最適宜的反應(yīng)器直徑D:設(shè)不同D時(shí)，其中高徑比一般取2-10，設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)，為了盡可能避免徑向的影響，取反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比

3、5，則算出反應(yīng)器的直徑和高度為：按正常進(jìn)料量及液體空速400h-1，計(jì)算反應(yīng)器的諸參數(shù)：取床層高度L=5m，則截面積床層直徑因此,圓整可得反應(yīng)器內(nèi)徑可以選擇1200mm 此時(shí)，床層高度 反應(yīng)器選型 表4-1和表4-2為反應(yīng)器類型。表4-1 固定床反應(yīng)器類型比較反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注絕熱固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)器單位體積內(nèi)催化劑量大，生產(chǎn)能力大。反應(yīng)過(guò)程中溫度變化大。主要用于熱效應(yīng)不大的反應(yīng)。 自熱式固定床以原料氣作為冷卻劑來(lái)冷卻床層，易維持床層在一定的溫度分布。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高，只適合用于放熱反應(yīng)。主要用于熱效應(yīng)不高的高壓反應(yīng)過(guò)程。多段絕熱式固定床床層之間設(shè)置氣體的冷卻裝置，有效的減小了床內(nèi)

4、的溫度變化，有較高的反應(yīng)速率。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能容納較多的催化劑，溫度分布合理，能是反應(yīng)接近最佳溫度曲線進(jìn)行，產(chǎn)能大，轉(zhuǎn)化率高。傳熱較差。適合各種寬熱效應(yīng)反應(yīng)?？偨Y(jié)比較三種固定床的優(yōu)缺點(diǎn)以及結(jié)合本工藝特點(diǎn)選用絕熱固定床反應(yīng)器。二、流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則 （1）具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞； （2）合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速反應(yīng)和水的脫除； （3）保證壓力和溫度符合操作條件； （4）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。1.2 流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以Superflex工藝為依托，以C4為原料,以ZSM-5分子篩為催化劑活性組分,通過(guò)流化床反應(yīng)器

5、,將C4轉(zhuǎn)換為乙烯、丙烯產(chǎn)品。其特點(diǎn)是在2個(gè)獨(dú)立的流化床反應(yīng)器(區(qū))中分別進(jìn)行 (乙烯和丁烯歧化反應(yīng))過(guò)程,產(chǎn)物匯總后進(jìn)入分離系統(tǒng),乙烯、丙烯產(chǎn)品出裝置,C4及C4以上組分循環(huán)返回反應(yīng)器繼續(xù)轉(zhuǎn)化C4及以上組分兩股物流在返回烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)區(qū)之前有少量馳放,以免惰性組分積累。催化劑順次通過(guò)反應(yīng)器,經(jīng)汽提后進(jìn)入再生器燒焦,再生催化劑連續(xù)返回反應(yīng)器以實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)-再生。1.3 流化床反應(yīng)器計(jì)算說(shuō)明1.基本參數(shù):催化劑顆粒密度: 催化劑堆密度: 催化劑平均粒徑: （屬于B區(qū)粒子）混合氣體粘度: 反應(yīng)溫度: T=550 oC反應(yīng)壓力:P= 0.2MPaC4處理流量: 混合氣體密度: 流化床出口流量: 4.2

6、.2 工藝計(jì)算當(dāng)流體流過(guò)顆粒床層的阻力等于床層顆粒重量時(shí)，床層中的顆粒開(kāi)始流動(dòng)起來(lái)，此時(shí)流體的流速稱為起始流化速度，記作。起始流化速度僅與流體和顆粒的物性有關(guān)，其計(jì)算公式如下式所示： 對(duì)于的小顆粒 （1） 對(duì)于的大顆粒 由于C4裂解反應(yīng)需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間，故流化床的操作線速不必太高。4.2.2.1 操作氣速(1) 起始流化速度 的確定 設(shè)，復(fù)核值，故假設(shè)合理。 將帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式作為判斷流化形式的依據(jù)。散式流化，；聚式流化，。代入已知數(shù)據(jù)求得將復(fù)帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式，流化形式為散式流化。 (2) 逸出速度的確定設(shè)，則復(fù)核值故假設(shè)合理。 (3) 流化床操作氣速操作速度表示流化床在正常操作時(shí)流體的

7、速度，一般。根據(jù)C4裂解反應(yīng)流化床操作速度圍為，兩個(gè)速度之比為89.5，所選氣速不應(yīng)太接近這一允許氣速范圍的任一極端。故可取0.25m/s。4.2.2.2 流化床反應(yīng)器尺寸(1) 流化床濃相段直徑的確定經(jīng)計(jì)算，采用單個(gè)流化床反應(yīng)器圓整為5000mm(2) 催化劑裝填量的確定根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，為了確保C4餾分在一定時(shí)間內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)化率，需控制C4餾分質(zhì)量空速為l5h1。C4餾分質(zhì)量流量為30584kg/h。根據(jù)操作空速為3h1，以反應(yīng)空速計(jì)算催化劑裝填量為(3) 靜床層高度的確定催化劑堆密度: (4) 流化床床層高度的確定查閱資料知，對(duì)于帶有擋板流化床，可采用下面的公式計(jì)算膨脹比： 適用范圍 式

8、中u為流化床的操作氣速，m/s。 在通入氣體起到起始流化時(shí)，床高所以濃相段床高稀相段床高由阿基米德數(shù)，有擋板時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)方程估算，(5) 擴(kuò)大段直徑的確定在流化過(guò)程中，小顆粒容易被流體帶到反應(yīng)器的上部或外部當(dāng)氣體速度較大的操作狀態(tài)下，被氣體帶走的固體顆粒數(shù)量較大，為了回收這部分顆粒，在流化床中必須設(shè)有氣固分離裝置。設(shè)計(jì)采用的是在反應(yīng)器上部連接一個(gè)擴(kuò)大段作為自由沉降段，氣速降低，部分顆粒自由沉降分離。由于，反應(yīng)的催化劑使用壽命極短，所以要像乙烯催化裂化裝置一樣另設(shè)一個(gè)再生器與之串聯(lián)，且有研究表明催化劑床層下部的積炭程度較輕，床層內(nèi)存在積碳分布，高失活區(qū)域位于催化劑床層上部；如此必須加強(qiáng)床層上部催化

9、劑顆粒與氣體的分離，可在稀相段設(shè)置一個(gè)氣固初步分離器，在擴(kuò)大段設(shè)置一個(gè)串聯(lián)的二級(jí)旋風(fēng)分離器，分離出來(lái)的固體，通過(guò)一個(gè)倒錐體一部分進(jìn)入再生器，一部分進(jìn)入濃相段。(6) 擴(kuò)大段的計(jì)算 最小顆粒的帶出速度： 擴(kuò)大段直徑D2 圓整后取擴(kuò)大段高度，取經(jīng)驗(yàn)值(7) 錐體部分固定流化床反應(yīng)器錐體角度不大于45°，選取反應(yīng)器錐體的角度為45°。根據(jù)反應(yīng)器直徑計(jì)算可知錐體段高度，下面接口管的直徑為0.6m，由此可以推出：綜上，流化床反應(yīng)器反應(yīng)器高度 (8) 各段壁厚的計(jì)算設(shè)計(jì)壓力0.25MPa，設(shè)計(jì)溫度550，材料為0Cr18Ni9，則其許用應(yīng)力為100MPa，根據(jù)壁厚公式計(jì)算，濃稀相段厚度

10、考慮鋼板負(fù)偏差圓整后，（參考化工機(jī)械基礎(chǔ)·陳國(guó)恒P161）表4-6鋼板厚度負(fù)偏差鋼板厚度2.02.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5負(fù)偏差C10.180.190.200.220.250.300.50鋼板厚度6.07.08.02526303234364042505260負(fù)偏差C10.60.80.9101.11.21.3故取過(guò)渡段半錐角為60，取，則f=0.5，圓整后去，密相段與過(guò)渡段連接部分的厚度 K=0.5 :，故取。擴(kuò)大段厚度，取上部封頭壁厚，故?。桓鶕?jù)JB/T 4737-95 橢圓形封頭深度為1500mm，直邊高度為50mm。(9）氣體分布器氣體分布器是流化

11、床反應(yīng)器的主要構(gòu)件之一，具有支承催化劑、均勻分布?xì)怏w、證催化劑正常流化而不出現(xiàn)溝流，偏流，實(shí)現(xiàn)流化床穩(wěn)定操作、強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)等過(guò)程的重要部件。而反應(yīng)器為雙層流化床反應(yīng)器，其中下層采用管式分布器，上層采用板式分布器。分布器的開(kāi)孔率均為1%。(10)分布板壓力降計(jì)算氣體通過(guò)分布板的壓力降可用下式計(jì)算： （10） 式中：為阻力系數(shù)，其取值范圍為1.52.5；為開(kāi)孔率；u為空塔氣速 （11)擋板或擋網(wǎng)擋板或擋網(wǎng)是流化床反應(yīng)器的重要構(gòu)件之一，床內(nèi)加設(shè)擋板或擋網(wǎng)后，能夠破壞氣泡的生成和長(zhǎng)大，改善氣體在床內(nèi)的停留時(shí)間分布和兩相接觸，在相當(dāng)程度上減輕氣體返混，從而提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。其一般厚度為26mm。（12）

12、內(nèi)旋風(fēng)分離器內(nèi)旋風(fēng)分離器是裝在反應(yīng)器內(nèi)部的氣固分離器，目前在流化床反應(yīng)器中已得到廣泛采用。它能將經(jīng)過(guò)床層反應(yīng)后氣體中夾帶的固體顆粒分離出來(lái)，以減少催化劑的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。內(nèi)旋風(fēng)分離器的圓筒直徑取2m，選型可以參照下表進(jìn)行：表1-2 內(nèi)旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器型式進(jìn)口形狀及位置器身形狀及尺寸型式進(jìn)口寬度進(jìn)口高度排氣管直徑圓筒高度圓錐高度排灰口直徑CLT型切線直入0.40.80.622.52.50.4（13）裙座裙座結(jié)構(gòu)有圓筒形和圓錐形兩種形式，均由裙座筒體、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓座、人孔、排氣孔、引出管通道、保溫支承圈等組成。（14）排氣孔和排氣管塔設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中有可能有氣體逸出，積聚在裙座與塔底封頭

13、之間。若該氣體易爆、有毒或腐蝕，對(duì)進(jìn)入裙座的檢修人員造成傷害。因此必須在裙座上部設(shè)置排氣管或排氣孔。無(wú)保溫層的裙座上部應(yīng)均勻設(shè)置排氣孔，排氣孔規(guī)格和數(shù)量按表規(guī)定。表1-3 排氣孔規(guī)格參照表塔式容器內(nèi)直徑（mm）600120014002400>2400排氣孔尺寸（mm）8080100排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離（mm）140180220有保溫層的裙座上部應(yīng)按圖所示均勻設(shè)置排氣管，排氣管規(guī)格按表的規(guī)定。圖1-1 裙座上的排氣管結(jié)構(gòu)表1-4 排氣管規(guī)格參照表塔式容器內(nèi)直徑（mm）600120014002400>2400排氣孔尺寸（mm）89×489×4108

14、5;4排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離（mm）140180220（15）隔氣圈 當(dāng)塔式容器下封頭的設(shè)計(jì)溫度大于或等于400時(shí)，在裙座上部靠近封頭處應(yīng)設(shè)置隔氣圈，隔氣圈分為可拆和不可拆兩種。本裝置選用比較經(jīng)濟(jì)的碳素鋼為材料，選用內(nèi)徑為100mm的排氣管，而反應(yīng)器反應(yīng)溫度為550，故在裙座上部靠近封頭處設(shè)置隔氣圈。（16）裙座人孔 人孔裙座用于維修檢查反應(yīng)器錐體及甲醇進(jìn)料管道，一般設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只是在裙座上開(kāi)兩個(gè)口。為了便于檢修人員的進(jìn)出，設(shè)計(jì)人孔的直徑為1500mm。4.2.2.3 再生器600下，空氣密度為，黏度為，催化劑循環(huán)量為1000，空氣的質(zhì)量流量為1000?？諝膺M(jìn)口的體積流量為1600。出口的體積流量約為2000。同上計(jì)算得：濃相段直徑靜床層高度濃相段高度擴(kuò)大段直徑 錐體段高度 稀相段高度為3m;設(shè)計(jì)壓力0.25MPa，設(shè)計(jì)溫度650，材料為0Cr18Ni9，則其許用應(yīng)力為42MPa，根據(jù)壁厚公式，計(jì)算得，稀相段及密相段厚度為7mm ；過(guò)渡段厚度為7mm；擴(kuò)大段厚度為8mm；錐體部分厚度為7mm，其