流化床反应器的设计

流化床反应器的设计年产万吨烯烧流化床反应器设计操作工艺参数反应温度为：450°C反应压力为：(绝压)操作空速为：广5肝MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为：30-80Mm催化剂平均粒径为60um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，％;丙烯收率，％;总收率，％0水醇质量比为甲醇在450°C下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为P甲醇450°C下的密度根据理想气体状态方程估算为m3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为％，甲醇的用量二烯炷质量X(32/14)/烯炷的生产要求是35000t/a,屮醇的量为89385/ao操作气速R,=辿<R,=辿<20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U"起始流化速度仅与对于R『对于R『£>1000的小颗粒幅1650/7 （1）对于的大颗粒J(0,-Q)g(2)24.5p(2)式中：也为颗粒的平均粒径；P”P分别为颗粒和气体的密度；M为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R/20，将已知数据代入公式（1）,校核雷诺数：将U"带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化，阳V；聚式流化，Frof>o代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。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山沉降速度（即颗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u=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：dUpR_A<0.418当塔=卩 时，18(3)dUQ0.4<R =P1 <500当切“ 时，rz、2il/3dP(4)dUpR=-P1->500当切卩时,1/2（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d尸60pm计算带出速度。代入已知数据求得校核雷诺数:Re尸（＜Repv500）流化床操作气速如上所述，已知颗粒的临界流化速度uh和催化剂的小颗粒的带出4,对于采用高流化速度，其流化数（流化数二气体表观速度/临界流化速度）可以选着300-1000,本装置设汁使用流化数为1000,带入讣算故本装置的操作气速为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。床径的确定密相段直径确定本流化床反应器设汁处理能力为h。体积流量为h中醇气体，即S。根据公式以及抑制副反应的生过渡段高度根据公式以及抑制副反应的生过渡段高度匸臣nuo即流化床反应器密相段的公称直径为DN二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产，本厂设汁稀相段流化数为700,计算过程如下：将流速带入公式(6)中即流化床反应器稀相段的公称直径为DN二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二h取质量空速为2h=则催化剂的量为吨。山催化剂的装填密度为730kg/m；所以静床高度的确定H二〃哪化贺4=_67()()X4_=17加mfp兀D； 750x3.14x2.62 ,兀考虑到床层内部的内部构件，取静床层高度为。流化时的流化比取2,因此床层高度H产2血二。扩大段高度取扩大段直径的三分之一，H：=o反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120°,III三角函数,锥形段取锥底角为40°,取锥高为乩二，其锥底直径为。l：l1此可得，流化床总同H—Hi+H：+H3+Hi=其长径比为二。床层的压降流化床在正常操作时具有恒定的压降，其压降讣算公式为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，设讣温度为300摄氏度，设计压力为，由于温度较高，因此选择0Crl8Ni9材料，该种材料在设计温度下的许用应力为lOOMpa，流化床体釆用双面对接焊，局部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为〃二，壁厚的附加量取c二2mm。流化床壁厚：考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的设汁壁厚为6mm,流化床体的有效厚度为te=tr-C-C=o筒体的应力按下式进行计算八彎丄竺学空2=76.57咖2x3.4许用应力[o]x<l>==85Mpa>应力校核合格。门D 0.2x3100小…-—!---+c= +2=5.7mm2x100x0.85-0.2考虑到扩对于扩大段,大段，过渡段压此均选取扩力略有减小,并且扩大段温度较低，因大段、过渡段壁厚为6mnu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形封头,设计压力为，设计温度为500摄氏度，腐蚀裕量为2mm,封头焊缝系数为。封头高度取Imo选择材料为0Crl8Ni9材料，在设计温度下，其许用应力为1OOMpao形状系数为K二封头厚度按下式进行计算考虑到便于焊接，故选取封头厚度为6mm7裙座裙座的疗度按经验选取为20mm,,高度为lm。水压试验及其强度校核水压试验的试验压力有P尸P+二，P「二，取两者中大值，即pt二。水压试验时壁内应力已知0Crl8Ni9材料在常温下的屈服强度为o尸137Mpa，计算°尸可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0=,水压试验安全。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。主反应器设计结