流化床反應(yīng)器的設(shè)計

1、丙烯腈流化床反應(yīng)器的設(shè)計學(xué) 院： 化工與藥學(xué)院 班 級: 2012化學(xué)工程與工藝1、2班 學(xué)生姓名： 翟鵬飛 肖 暢 裴一歌 徐嘉星 廖鵬飛 田儀長 指導(dǎo)教師: 張麗麗 完成日期： 2015年12月10日 指導(dǎo)教師評語：_成績: 教師簽名: 目錄1 設(shè)計生產(chǎn)能力及操作條件12 操作氣速的選擇13 流化床床徑的確定13.1 密相段直徑的確定13.2 稀相段直徑的確定23.3 擴大段直徑的確定24 流化床床高24.1 流化床的基本結(jié)構(gòu)24.2 催化劑用量及床高35 床層的壓降46 選材及筒體的設(shè)計47 封頭的設(shè)計58 裙座的選取59 水壓試驗及其強度校核510 旋風(fēng)分離器的計算511 主反應(yīng)器設(shè)計

2、結(jié)果6丙烯腈流化床反應(yīng)器的設(shè)計1 設(shè)計生產(chǎn)能力及操作條件反應(yīng)溫度為：440反應(yīng)壓力為：1atm丙烯腈氨氧化法催化劑選用：sac-2000催化劑粒徑范圍為：4488m催化劑平均粒徑為：50m催化劑平均密度為：1200kg/m3催化劑裝填密度為：640kg/m3催化性能：丙烯腈單收>78.0%；乙腈單收<4.0%；氫氰酸單收<7.0%耐磨強度<4.0wt%接觸時間：10s流化床反應(yīng)器設(shè)計處理能力：420.5kmol/h2 操作氣速的選擇流化床的操作氣速U0=0.6m/s，為防止副反應(yīng)的進行，本流化床反應(yīng)器設(shè)計密相和稀相兩段，現(xiàn)在分別對其直徑進行核算。3 流化床床徑的確定3.

3、1 密相段直徑的確定本流化床反應(yīng)器設(shè)計處理能力為420.5kmol/h原料氣體,根據(jù)公式:V-氣體體積流量，m3/sU0-流化床操作氣速，m/s即流化床反應(yīng)器濃相段的公稱直徑為DN=3.9m3.2 稀相段直徑的確定稀相段直徑和密相段直徑一樣，即DT1=3.81m即流化床反應(yīng)器稀相段的公稱直徑為DN=3.9m3.3 擴大段直徑的確定在該段反應(yīng)器中，擴大反應(yīng)器的體積，可以減緩催化劑結(jié)焦，以及抑制副反應(yīng)的生產(chǎn)，可采用經(jīng)驗把此段操作氣速取為稀相段操作氣速的一半。即:將流速帶入公式中:即流化床反應(yīng)器擴大段的公稱直徑為DN=5.4m4 流化床床高4.1 流化床的基本結(jié)構(gòu)床高分為三個部分，即反應(yīng)段，擴大段以

4、及錐形段高度。4.2 催化劑用量及床高催化劑的總體積VR（m3）是決定反應(yīng)器主要尺寸的基本依據(jù)。原料氣體處理量為V=6.83m3/s。其中靜床高度計算式為：催化劑堆體積為：催化劑質(zhì)量為：故靜床高度為：密相段的高度：稀相段的高度：即反應(yīng)段的高度為：擴大段高度取擴大段直徑的三分之一，即反應(yīng)段與擴大段之間的過渡部分過度角為120°。由三角函數(shù)，過渡段高度為：錐形段取錐底角為40o,取錐高為H5=1.2m，其錐底直徑為1.5m。由此可得，流化床床高：其高徑比為：5 床層的壓降流化床在正常操作時具有恒定的壓降，其壓降計算公式為：6 選材及筒體的設(shè)計流化床反應(yīng)器的操作溫度為440攝氏度，操作壓力

5、為0.1Mpa，設(shè)計溫度為500攝氏度，設(shè)計壓力為0.11Mpa。由于溫度較高，因此選擇0Cr18Ni9材料，該種材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為100Mpa，流化床體采用雙面對接焊，局部無損探傷，取流化床體焊接接頭系數(shù)為=0.85，壁厚的附加量取C=2mm。流化床的計算厚度：考慮到流化床較高，風(fēng)載荷有一定影響，取反應(yīng)器的名義厚度為,流化床筒體的有效厚度為:筒體的應(yīng)力按下式進行計算：許用應(yīng)力,應(yīng)力校核合格。對于擴大段：考慮到擴大段，過渡段壓力略有減小，并且擴大段溫度較低，因此均選取擴大段、過渡段壁厚為5mm。錐形段為反應(yīng)氣體的預(yù)分布階段，未發(fā)生反應(yīng)，溫度較低直徑較小，因此壁厚更小，但為考慮選材與安

6、裝的方便性，其壁厚也選取為5mm。7 封頭的設(shè)計由于反應(yīng)器壓力較低，封頭承壓不大，故選用應(yīng)用最為廣泛的橢圓形封頭，設(shè)計壓力為0.11Mpa，設(shè)計溫度為440攝氏度，腐蝕裕量為2mm，封頭焊縫系數(shù)為0.85。封頭高度取1m。選擇材料為0Cr18Ni9材料，在設(shè)計溫度下，其許用應(yīng)力為100Mpa。形狀系數(shù)為K=1.0。封頭厚度按下式進行計算：考慮到便于焊接，故選取封頭厚度為5mm。8 裙座的選取裙座的厚度取20mm,高度為1m。9 水壓試驗及其強度校核水壓試驗的試驗壓力PT=1.25P=0.1375Mpa。水壓試驗時壁內(nèi)應(yīng)力為：已知0Cr18Ni9材料在常溫下的屈服強度為ReL=137Mpa，計算

7、0.9ReL=123.3Mpa可以知道水壓試驗時筒體壁內(nèi)應(yīng)力小于0.9ReL，水壓試驗安全。10 旋風(fēng)分離器的計算在流化床頂部，為防止小粒徑催化劑顆粒隨氣體被帶出，故在流化床擴大段設(shè)立二級旋風(fēng)分離器。已知催化劑顆粒直徑范圍為44µm88µm，從反應(yīng)器出來的氣體流速ui=23.78m/s。一級分離器直徑計算：標準旋風(fēng)分離器N=5旋風(fēng)分離器的布置和結(jié)構(gòu)：一級旋風(fēng)分離器的料腿下伸到床底部，下料腿端部安裝錐形堵頭，使催化劑能夠隨自下而上的氣流進入下料管內(nèi)。二級旋風(fēng)分離器下料腿置入床層稀相區(qū)，下料腿端部安裝擋風(fēng)帽和翼閥。11 主反應(yīng)器設(shè)計結(jié)果主反應(yīng)器最終設(shè)計結(jié)果如下：項目名稱主反應(yīng)流化床反應(yīng)器操作介質(zhì)丙烯、氨氣、氧氣操作流量 m3/s6.83操作壓力 MPa0.11操作溫度 440密相段氣速 m/s0