固定床流化床设计计算

1、炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、操作弹性大、建设投资低等 优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳炷类选择加氢精制等领 域。将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加 氢脱除碳四馏分中的乙基乙焕和乙烯基乙焕等。在工业装置中，由于实际所采用 的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可 忽略。对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩 散传质的影响。一、固定床反应器设计碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。在工程上要确定反应 器的几何尺寸，首先得确定出一定生

2、产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反 应器几何尺寸。反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及 高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。设计参数反应器进口温度：20C进口压力：0.1MPa进料量（含氢气进料组分）体积流量：197.8m3/h质量流量：3951kg/h液相体积空速：400h-1催化剂床层设计计算正常状态下反应器总进料量为2040m3/h液体体积空速400h-1则催化剂用量Vr = V总 /Sv = 2040/400 = 5.1m3催化剂堆密度p B = 850kg / m3催化剂质量 mB = p b x V广 850 x 5.1kg =

3、4335kg求取最适宜的反应器直径D:设不同D时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响， 取反应器的长径比5,则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量2040m3/ h及液体 空速400h-1，计算反应器的诸参数：取床层高度L=5m，则截面积S = V /L = 5.1/5 = 1.02m2R床层直径D = ；4S /兀=J4x 1.02/3.14 =1.140m因此，圆整可得反应器内径可以选择1200mm此时，床层高度L = E = 4必.1= 4.512m0 兀 D23.14xl.22反应器选型表4-1和表4-2为反应器类型。表4-1固定床反应器类型比较反应器优

4、点缺点备注绝热固定床反应器结构简单，反应 器单位体积内催化剂量 大，生产能力大。反应过程中温度 变化大。主要用于热效应不大 的反应。自热式固定床以原料气作为冷却剂来 冷却床层，易维持床层 在一定的温度分布。反应器结构复杂 造价高，只适合用 于放热反应。主要用于热效应不高 的高压反应过程。多段绝热式固定床床层之间设置气体的冷 却装置，有效的减小了 床内的温度变化，有较 高的反应速率。反应器 结构简单，能容纳较多 的催化剂，温度分布合 理，能是反应接近最佳 温度曲线进行，产能大， 转化率高。传热较差。适合各种宽热效应反 应。总结比较三种固定床的优缺点以及结合本工艺特点选用绝热固定床反应 器。、流化

5、床反应器设计1.1反应器设计原则具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递;合理的结构，能有效的加速反应和水的脱除；保证压力和温度符合操作条件；操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。1.2流化床反应器的设计以Superflex工艺为依托，以C4为原料，以ZSM-5分子筛为催化剂活性组分, 通过流化床反应器，将C4转换为乙烯、丙烯产品。其特点是在2个独立的流化 床反应器（区）中分别进行（乙烯和丁烯歧化反应）过程，产物汇总后进入分离系 统，乙烯、丙烯产品出装置,C4及C4以上组分循环返回反应器继续转化C4及以上 组分两股物流在返回烯烃转化反应区之前有少量驰放，以免惰性组分

6、积累。催化 剂顺次通过反应器，经汽提后进入再生器烧焦，再生催化剂连续返回反应器以实 现连续反应-再生。1.3流化床反应器计算说明1.基本参数：催化剂颗粒密度：p p = 1500kg / m3催化剂堆密度：p = 700kg / m3催化剂平均粒径：d = 0.12m = 1.2x10-4m （属于b区粒子）p混合气体粘度：r = 2.0 x 10-5Pa.s反应温度:T=550 oC反应压力:P= 0.2MPaC4 处理流量：m = 30584m3 / h匕=17505 / h混合气体密度：p = m。/匕= 30584/17505 = 1.75 kg/m3流化床出口流量:V = 29667

7、 m3 /h14.2.2工艺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来， 此时流体的流速称为起始流化速度，记作uf。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:对于R p时 1000的大颗粒旦Umfd G -p)gpp24.5 p由于C4裂解反应需要较长的接触时间，故流化床的操作线速不必太高。4.2.2.1操作气速起始流化速度umf的确定1650 x 2.0 X10-5设 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复核 Re值，Re -

8、 0 工x10-4X丝迎0X竺0.0673 v 20P故假设Re v 20合理。u 2将umf带入弗鲁德准数公式Ff df 作为判断流化形式的依据。散式流化， pFf 0.13 ；聚式流化，Ff 0.13。代入已知数据求得将u复带入弗鲁德准数公式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为散式流化。(2)逸出速度ut的确定设 0.4 v Rem v 500 顶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复核Re值Rem=尝=I.2x 10一4 X0.574xl.75 =讪 500日2.0 x 10-5故假设0.4 Rem 500合理。(3)流化床操作气速操作速度u表示流化床在正常操作时流体的速度，一般u u u。根据 0mf 0 tC4裂解反应流化床操作速度围为6.41 x 10-3m/s u 0.574m/ s，两个速度之比为89.5，所选气速不应太接近这一允许气速范围的任一极端。故可取 = 0.25m/s。4.2.2.2流化床反应器尺寸流化床浓相段直径的确定经计算，采用单个流化床反应器睥耳咨4心5= 4.97m、，兀 3600 x3.14x0.25圆整为5000mm催化剂装填

10、量的确定根据反应动力学，为了确保C4馏分在一定时间内保持较高的转化率，需控 制C4馏分质量空速为l5h-1。C4馏分质量流量为30584kg/h。根据操作空速为3h-1，以反应空速计算催化剂装填量为m t=30584/3=10195kg (3)静床层高度L。的确定催化剂堆密度：p b = 700kg / m3V = m / p = 10195/700 = 14.56m3L =4K = 4 x1456 = 0.74m0 兀 D 23.14x5 2(4)流化床床层高度的确定查阅资料知，对于带有挡板流化床，可采用下面的公式计算膨胀比:适用范围 0.07 u 2400排气孔尺寸（mm）6 806 80

11、6100排气孔中心线至裙座壳顶端的距离（mm）140180220有保温层的裙座上部应按图所示均匀设置排气管，排气管规格按表的规定。b ）图1-1裙座上的排气管结构表1-4排气管规格参照表塔式容器内直径（mm）6001200140024002400排气孔尺寸（mm） 89X4 89X4 108X4排气孔中心线至裙座壳顶端的距离（mm）140180220（15）隔气圈当塔式容器下封头的设计温度大于或等于400C时，在裙座上部靠近封头处 应设置隔气圈，隔气圈分为可拆和不可拆两种。本装置选用比较经济的碳素钢为材料，选用内径为100mm的排气管，而反应 器反应温度为550C，故在裙座上部靠近封头处设置隔

12、气圈。（16）裙座人孔人孔裙座用于维修检查反应器锥体及甲醇进料管道，一般设计比较简单，只 是在裙座上开两个口。为了便于检修人员的进出，设计人孔的直径为1500mm。600C下，空气密度为0.625kg/m 3，黏度为4 x 10-5 Pa - s，催化剂循环量为 1000kg/h ,空气的质量流量为1000kg/h o空气进口的体积流量为1600m3/h。出 口的体积流量约为2000m3/h。同上计算得:浓相段直径D = 3m静床层高度H=0.39m扩大段直径D=2浓相段高度H f = 0.6m=4m4x20003600 x 3.14 x 0.044锥体段高度H = D - 0.6 tan45o = 3-0.6 x 1 = 1.2m122稀相段高度为3m;设计压力0.25MPa，设计温度650C，材料为0Cr18Ni9,则其许用应力为42MPa,根据壁厚公式，计算得，稀相段及密相段厚度为7mm ；过渡段厚度为7mm；扩大段厚度为8mm；锥体部分厚度为7mm，其加强段厚度为15mm，长度为0.7m；上部封头厚度为8