流化床反应器的设计

1、年产 3.5 万吨烯烃流化床反应器设计1 操作工艺参数反应温度为： 450反应压力为： 0.12MPa(绝压 )操作空速为： 15h-1MTO 成型催化剂选用 Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为： 30 80m催化剂平均粒径为60m催化剂颗粒密度为1500kg/m3催化剂装填密度为750kg/m3催化性能：乙烯收率， 67.1wt%；丙烯收率， 22.4wt%；总收率， 89.5wt%。水醇质量比为 0.2甲醇在 450下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3 Pa.s甲醇 450下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%

2、，甲醇的用量 =烯烃质量 ×（ 32/14 ）/0.895烯烃的生产要求是35000t/a，甲醇的量为 89385/a。2 操作气速2.1 最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起.R ep = d p U mf20来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作Umf 起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示：对 R ep = d pU mf1000 于的小颗粒d p2pgU mf1650（1）对于的大颗粒1 / 2d ppgU mf24.5（2）式中： dp 为颗粒的平均粒径； p， 分别为颗粒和气体的密度；为气体的粘度假设颗粒

3、的雷诺数Rep<20，将已知数据代入公式（1），d2pg6105 215000.54 9.81U mfp0.0013m / s165016502.43105U2校核雷诺 Fmf数：mfdgpRepd pU mf610 50.00130.54=1.73 103202.4310 5将 Umf 带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化，Frmf 0.13；聚式流化， Frmf 0.13。代入已知数据求得2FmfU mf0.00132d p g6.0 10 50.00299.81根据判别式可知流化形式为散式流化。2.2 颗粒的带出速度Ut床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗

4、粒的重力等于流体.对颗粒的曳力） 时，颗粒开始从床内带出， 此时流体的速度成为颗粒的带出速度Ut 其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度Ut，其计算公式如下式所示：d pU t当 R ep =0.4时，d 2gU tpp18（3）d pU t5000.4<R ep =当时，2 1/ 34g2U tpd p225（4）当 R ep=d pU t500时，1/ 23.1d ppgU t（5）流化床正常操作时不希望夹带， 床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度 Ut，因此用 dp=60m计算带出速度。代入已知数据求得21/ 34g 2U tpd p0.399m / s225校核雷诺

5、数：Rep=0.532（ 0.4 <Rep<500）.2.3 流化床操作气速如上所述，已知颗粒的临界流化速度Umf 和催化剂的小颗粒的带出Ut，对于采用高流化速度，其流化数（流化数=气体表观速度 /临界流化速度）可以选着300-1000，本装置设计使用流化数为1000，带入计算U 0 =1000U mf10000.00131.3m / s故本装置的操作气速为1.3m/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 床径的确定3.1 密相段直径确定本流化床反应器设计处理能力为13.4t/h。体积流量为 24829.3m3/h 甲醇气体，即 6.

6、9m3/s。根据公式4V（6）DT=U046.9DT2.6m3.141.3即流化床反应器密相段的公称直径为DN=2.6m3.2 稀相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， 本厂设计稀相段流化数为700，计算过程如下：U 0700U mf7000.00130.91m / s将流速带入公式（ 6）中.46.9DT3.1m3.140.91即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.1m4 流化床床高床高分为三个部分，即反应段，扩大段，以及锥形段高度。甲醇处理量为 M=13.4t/h-1取质量空速为 2h ，则催化剂的量为6.7 吨。由催化剂的装填

7、密度为750kg/m3，所以静床高度的确定m催化剂 46700 41.7mH mf750 3.14 2.6DT22，考虑到床层内部的内部构件，取静床层高度为2.0m。流化时的流化比取2，因此床层高度H1=2Hmf=3.4m。扩大段高度取扩大段直径的三分之一，H2=1.1m。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DDTcos30H 320.22m锥形段取锥底角为40°，取锥高为 H4=1.2m，其锥底直径为1.5m。由此可得，流化床总高H=H 1+H2+H3 +H4=5.92m其长径比为 5.92/2.6=2.3。5 床层的压降流化床在正常操作时

8、具有恒定的压降，其压降计算公式为m pg mg6700 9.81pA2.38kpaA p27.9.6 流化床壁厚流化床反应器的操作温度为450 摄氏度，操作压力为0.12Mpa，设计温度为500 摄氏度，设计压力为0.2Mpa，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=0.85，壁厚的附加量取c=2mm。流化床壁厚：td =pDic0.22600t2 1002 5mm2p0.85 0.2考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的设计壁厚为6mm，流化床体的有效厚度为te=tn

9、-c1-c2 =3.4mm。筒体的应力按下式进行计算t p D te0.2 2600 3.476.57Mpa2te2 3.4。t许用应力 =100x0.85=85Mpa>76.57Mpa,应力校核合格。pDic0.23100t d =t2 1002 5.7mm对于扩大段，2p0.85 0.2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 6mm。锥形段阶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6mm。6 椭圆封头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

10、形封头，设计压力为 0.15Mpa，设计温度为 500 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t n =K p D0.15 3100t2.7mm20.5p 2 100 0.85 0.5 0.15考虑到便于焊接，故选取封头厚度为6mm。7 裙座裙座的厚度按经验选取为20mm，高度为 1m。8 水压试验及其强度校核水压试验的试验压力有pT=p+0.1=0.3Mpa, pT=1.25p=0.25Mpa,取两者中大值，即 pt=0.3Mpa。水压试验

11、时壁内应力pTD te0.326003.4T2te2120Mpa0.85 3.4pT KD0.5te0.3126000.5 3.4T20.85120Mpa2te3.4已知 0Cr18Ni9 材料在常温下的屈服强度为s=137Mpa，计算0.9 s=123.3Mpa可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9 s，水压试验安全。9 旋风分离器在流化床顶部，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，根据旋风分离器的规格，选用CLG 型旋风分离器，其中一级旋风分离器的直径为640mm，二级旋风分离器的直径为540mm。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。.10 主反应器设计结果主反应器最终设计结