固定床流化床設(shè)計(jì)計(jì)算

1、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(lèi)油品催化加氫裂化及精制、低碳炷類(lèi)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煥和乙烯基乙煥等。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，首先得確定出一定生

2、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)。設(shè)計(jì)參數(shù)反應(yīng)器進(jìn)口溫度：20C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-1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Vr = V總 /Sv = 2040/400 = 5.1m3催化劑堆密度p B = 850kg / m3催化劑質(zhì)量 mB = p b x V廣 850 x 5.1kg =

3、4335kg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5,則算出反應(yīng)器的直徑和高度為：按正常進(jìn)料量2040m3/ h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S = V /L = 5.1/5 = 1.02m2R床層直徑D = ；4S /兀=J4x 1.02/3.14 =1.140m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L = E = 4必.1= 4.512m0 兀 D23.14xl.22反應(yīng)器選型表4-1和表4-2為反應(yīng)器類(lèi)型。表4-1固定床反應(yīng)器類(lèi)型比較反應(yīng)器優(yōu)

4、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)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。、流化

5、床反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則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;合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速反應(yīng)和水的脫除；保證壓力和溫度符合操作條件；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，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

6、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：p p = 1500kg / m3催化劑堆密度：p = 700kg / m3催化劑平均粒徑：d = 0.12m = 1.2x10-4m （屬于b區(qū)粒子）p混合氣體粘度：r = 2.0 x 10-5Pa.s反應(yīng)溫度:T=550 oC反應(yīng)壓力:P= 0.2MPaC4 處理流量：m = 30584m3 / h匕=17505 / h混合氣體密度：p = m。/匕= 30584/17505 = 1.75 kg/m3流化床出口流量:V = 29667

7、 m3 /h14.2.2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(chēng)為起始流化速度，記作uf。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R p時(shí) 1000的大顆粒旦Umfd G -p)gpp24.5 p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操作氣速起始流化速度umf的確定1650 x 2.0 X10-5設(shè) Re v 20，u -呼七-P)g dlO-4 )2 X(1500-1.75)X9.8 6.41x10-3 m / s mf 1650旦2.0 X 10-5復(fù)核 Re值，Re -

8、 0 工x10-4X絲迎0X竺0.0673 v 20P故假設(shè)Re v 20合理。u 2將umf帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式Ff df 作為判斷流化形式的依據(jù)。散式流化， pFf 0.13 ；聚式流化，F(xiàn)f 0.13。代入已知數(shù)據(jù)求得將u復(fù)帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式F % (6.41X 10-3)2 0.035 v 0.13，流化形式mfmf d g 1.2 X10-4 X 9.8為散式流化。(2)逸出速度ut的確定設(shè) 0.4 v Rem v 500 頂4(p -p)2g2 14x(1500-1.75)2x9.82 1u =(225) 3 d = ( 225 2 0 101?,)3 x1.2 x10-4 0.57

9、4m / s復(fù)核Re值Rem=嘗=I.2x 10一4 X0.574xl.75 =訕 500日2.0 x 10-5故假設(shè)0.4 Rem 500合理。(3)流化床操作氣速操作速度u表示流化床在正常操作時(shí)流體的速度，一般u u u。根據(jù) 0mf 0 tC4裂解反應(yīng)流化床操作速度圍為6.41 x 10-3m/s u 0.574m/ s，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)器睥耳咨4心5= 4.97m、，兀 3600 x3.14x0.25圓整為5000mm催化劑裝填

10、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l5h-1。C4餾分質(zhì)量流量為30584kg/h。根據(jù)操作空速為3h-1，以反應(yīng)空速計(jì)算催化劑裝填量為m t=30584/3=10195kg (3)靜床層高度L。的確定催化劑堆密度：p b = 700kg / m3V = m / p = 10195/700 = 14.56m3L =4K = 4 x1456 = 0.74m0 兀 D 23.14x5 2(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 0.07 u 2400排氣孔尺寸（mm）6 806 80

11、6100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。b ）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）6001200140024002400排氣孔尺寸（mm） 89X4 89X4 108X4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400C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550C，故在裙座上部靠近封頭處設(shè)置隔

12、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。600C下，空氣密度為0.625kg/m 3，黏度為4 x 10-5 Pa - s，催化劑循環(huán)量為 1000kg/h ,空氣的質(zhì)量流量為1000kg/h o空氣進(jìn)口的體積流量為1600m3/h。出 口的體積流量約為2000m3/h。同上計(jì)算得:濃相段直徑D = 3m靜床層高度H=0.39m擴(kuò)大段直徑D=2濃相段高度H f = 0.6m=4m4x20003600 x 3.14 x 0.044錐體段高度H = D - 0.6 tan45o = 3-0.6 x 1 = 1.2m122稀相段高度為3m;設(shè)計(jì)壓力0.25MPa，設(shè)計(jì)溫度650C，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，其加強(qiáng)段厚度為15mm，長(zhǎng)度為0.7m；上部封頭厚度為8