流化床反应器的设计25.doc

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：1~5h-1MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34催化剂粒径范围为：30～80μm催化剂平均粒径为60μm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24.3μPa.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%，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/a2 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：对于的小颗粒 （1）对于的大颗粒 （2）式中：dp为颗粒的平均粒径；ρp，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数Rep<20，将已知数据代入公式（1），校核雷诺数：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：当时， （3）当时， （4） 当时， （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=60μm计算带出速度代入已知数据求得 校核雷诺数： Rep=0.532（0.4

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6.9m3/s根据公式 （6） 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： 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=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 取质量空速为2h-1，则催化剂的量为6.7吨 由催化剂的装填密度为750kg/m3，所以静床高度的确定， 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 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=H1+H2+H3+H4=5.92m 其长径比为5.92/2.6=2.35床层的压降 流化床在正常操作时具有恒定的压降，其压降计算公式为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φ=0.85，壁厚的附加量取c=2mm流化床壁厚： 考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的设计壁厚为6mm， 流化床体的有效厚度为te=tn-c1-c2=3.4mm 筒体的应力按下式进行计算 许用应力[σ]tφ=100x0.85=85Mpa>76.57Mpa,应力校核合格 对于扩大段， 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考虑到便于焊接，故选取封头厚度为6mm7裙座 裙座的厚度按经验选取为20mm，，高度为1m8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 水压试验时壁内应力 已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为σs=137Mpa，计算0.9σs=123.3Mpa 可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9σs，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果如下：表4-1 主反应器R101设计表项目名称主反应流化床反应器操作介质甲醇和水混合气，Sr-SAPO-34操作流量 m3/h24829.3操作压力 MPa0.12操作温度 ℃450密相段气速 m/s1.3密相段直径 m2.6密相段高度 m3.4稀相段气速 m/s0.91稀相段直径 m3.1稀相段高度 m1.1过渡段高度m0.22锥形段 m1.2裙座m1。