年產(chǎn)60萬噸丙烯和26萬噸乙醇項(xiàng)目設(shè)備選項(xiàng)與典型設(shè)備設(shè)計(jì)

設(shè)備選型與典型設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)備選型與典型設(shè)備設(shè)計(jì)XXX石化年產(chǎn)60萬噸丙烯和26萬噸乙醇項(xiàng)目目錄第一章總述 由此取得接管直徑為65mm。（6）高度計(jì)算低液位LL與高液位HL之間的距離由下式計(jì)算：故高度H=0.05+HL+0.1D+DP+1.2D=2.85m（7）校核結(jié)果立式攪拌容器校核計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所筒體設(shè)計(jì)條件內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力pMPa3.141設(shè)計(jì)溫度tC-95內(nèi)徑Dimm800名義厚度nmm20材料名稱S30408許用應(yīng)力137tMPa137壓力試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)EQ\s(t,s)205鋼材厚度負(fù)偏差C1mm0.3腐蝕裕量C2mm3厚度附加量C＝C1＋C2mm3.3焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)壓力pTMPa3.92625筒體長(zhǎng)度Lwmm2850內(nèi)筒外壓計(jì)算長(zhǎng)度Lmm封頭設(shè)計(jì)條件筒體上封頭筒體下封頭夾套封頭封頭形式橢圓形橢圓形名義厚度nmm2020材料名稱設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力tMPa137137鋼材厚度負(fù)偏差C1mm0.30.3腐蝕裕量C2mm33厚度附加量C＝C1＋C2mm3.33.3焊接接頭系數(shù)0.850.85主要計(jì)算結(jié)果內(nèi)圓筒體內(nèi)筒上封頭內(nèi)筒下封頭校核結(jié)果校核合格校核合格校核合格質(zhì)量mkg1152.65132.15132.15攪拌軸計(jì)算軸徑mm備注內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc3.14MPa設(shè)計(jì)溫度t-95.00C內(nèi)徑Di800.00mm材料S30408(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t137.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s205.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==10.94mm有效厚度e=n-C1-C2=16.70mm名義厚度n=20.00mm重量1152.65Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=3.9262(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==112.95MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.76237MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==76.80MPat116.45MPa校核條件t≥t結(jié)論合格內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc3.14MPa設(shè)計(jì)溫度t-95.00C內(nèi)徑Di800.00mm曲面深度hi200.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t137.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=3.9262(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==111.79MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==10.86mm有效厚度eh=nh-C1-C2=16.70mm最小厚度min=2.00mm名義厚度nh=20.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量132.15Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.81157MPa結(jié)論合格

內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc3.14MPa設(shè)計(jì)溫度t-95.00C內(nèi)徑Di800.00mm曲面深度hi200.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t137.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=3.9262(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==111.79MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==10.86mm有效厚度eh=nh-C1-C2=16.70mm最小厚度min=2.00mm名義厚度nh=20.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量132.15Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.81157MPa結(jié)論合格7.1.5汽液分離器一覽表表7-5氣液分離器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表設(shè)備位號(hào)類型數(shù)量溫度/℃壓力/MPa筒體規(guī)格/mm壁厚/mm封頭類型進(jìn)口管直徑/mm液體出口管直徑/mmV0302臥式重力分布器1300.152Φ3200*64008標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1600300V0303臥式重力分布器1-303.141Φ4200*840045標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭250500V0304立式重力分布器1-953.141Φ800*285020標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭15065V0502臥式重力分布器113.30.865Φ4000*1000018標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1800450V0701臥式重力分布器1303.040Φ2500*625030標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭450250V0702立式重力分布器1103.040Φ1200*160018標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭40032反應(yīng)器8.1概述化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類繁多，機(jī)理各異，因此，為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需要，化學(xué)反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。反應(yīng)器的性能優(yōu)良與否，不僅直接影響化學(xué)反應(yīng)本身，而且影響原料的預(yù)處理和產(chǎn)物的分離，因而，反應(yīng)器設(shè)計(jì)過程中需要考慮的工藝和工程因素應(yīng)該是多方面的。反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)首先是選擇反應(yīng)器的型式和操作方法，然后根據(jù)反應(yīng)和物料的特點(diǎn)，計(jì)算所需的加料速度、操作條件(溫度、壓力、組成等)及反應(yīng)器體積，并以此確定反應(yīng)器主要構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)的合理性和環(huán)境保護(hù)等方面的要求。8.2反應(yīng)器類型反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。釜式反應(yīng)器（反應(yīng)釜）這種反應(yīng)器通用性很大，造價(jià)不高，用途最廣。它可以連續(xù)操作，也可以間歇操作，連續(xù)操作時(shí)，還可以多個(gè)釜串聯(lián)反應(yīng)，停留時(shí)間可以有效地控制。國(guó)家已有K型和F型兩類反應(yīng)釜列成標(biāo)準(zhǔn)。K型是有上蓋的釜，形狀偏于“矮胖型”（長(zhǎng)徑比較?。?。F型沒有上蓋形狀則偏于“瘦長(zhǎng)型”（長(zhǎng)徑比較大），材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼、搪玻璃等幾種。高壓反應(yīng)器、真空反應(yīng)器和常減壓反應(yīng)器、低壓常壓反應(yīng)器都已系列化生產(chǎn)，供貨充足，選型。有些化工機(jī)械廠家接受修改圖紙進(jìn)行加工，化工設(shè)計(jì)人員可以提出個(gè)別的特殊要求，在系列反應(yīng)釜的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)。系列釜式反應(yīng)器的傳熱面積和攪拌形式基本上都是固定的，在選型設(shè)計(jì)時(shí)，如不能選用系列化產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)提出設(shè)備設(shè)計(jì)條件，依修改型加工。釜式反應(yīng)器比較靈活通用，在間歇操作時(shí)，只要設(shè)計(jì)好攪拌，可以使釜溫均一，濃度均勻，反應(yīng)時(shí)間可以長(zhǎng)、可以短，可以常壓、加壓、減壓操作，范圍較大，而且反應(yīng)結(jié)束后，出料容易，釜的清洗方便，其機(jī)械設(shè)計(jì)亦十分成熟。釜式反應(yīng)器可用于串聯(lián)操作，使物料從一端流入，在另一端出料，形成連續(xù)流動(dòng)。多釜串聯(lián)時(shí)，可以認(rèn)為形成活塞流，反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速度恒定，反應(yīng)還可以分段進(jìn)行控制。管式反應(yīng)器近年來此種反應(yīng)器在化工生產(chǎn)使用越來越多，而且越來越趨向大型化和連續(xù)化。它的最大特點(diǎn)是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，反應(yīng)可以連續(xù)化，流體流動(dòng)快，物料停留時(shí)間短，經(jīng)過一定的控制手段，可以使管式反應(yīng)器有一定的溫度梯度和濃度梯度。根據(jù)不同的化學(xué)反應(yīng)，可以有直徑和長(zhǎng)度千差萬別的形式。此外，由于管式反應(yīng)器直徑較?。ㄏ鄬?duì)于反應(yīng)釜）因而能耐高溫、高壓。由于管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品穩(wěn)定，塔的應(yīng)用范圍越來越廣。管式反應(yīng)器可以用于連續(xù)生產(chǎn)，也可以用于間歇操作，反應(yīng)物不返混，管長(zhǎng)和管徑是反應(yīng)器的主要指標(biāo)，反應(yīng)時(shí)間是管長(zhǎng)的函數(shù)，管徑?jīng)Q定于物料的流量，反應(yīng)物濃度在管長(zhǎng)軸線上，濃度呈梯度分布，但不隨時(shí)間變化，不像單間歇釜操作時(shí)那樣。固定床反應(yīng)器此種反應(yīng)器主要用于氣-固相反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，便于控制，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。床型可以是多種多樣，易于大型化，可以根據(jù)流體流動(dòng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和規(guī)劃床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)構(gòu)件排布，是近代化學(xué)工業(yè)使用較早由較普遍的反應(yīng)器。它可以設(shè)計(jì)較大的傳熱面積，可以有較高的氣體流速，傳熱和傳質(zhì)系數(shù)可以較高。加熱的方式比較靈活，可以有較高的反應(yīng)溫度。有3種基本形式。軸向絕熱式。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無熱交換。徑向絕熱式。流體沿徑向流過床層，可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng)形式，床層與外界不發(fā)生熱交換。與軸向絕熱式反應(yīng)器相比，徑向絕熱式反應(yīng)器中流體流動(dòng)的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力降較小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。軸向絕熱式固定床反應(yīng)器和徑向絕熱式固定床反應(yīng)器都屬絕熱反應(yīng)器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大，或反應(yīng)系統(tǒng)能夠承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。列管式固定床反應(yīng)器。由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成，適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。但是，固定床反應(yīng)器床層的溫度分布不容易均勻，由于固相粒子不動(dòng)，床層導(dǎo)熱性不太好，因此對(duì)于放熱量較大的反應(yīng)，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)增大傳熱面積，及時(shí)移走反應(yīng)熱，但相應(yīng)地減小了有效空間，這是這類床型的缺點(diǎn)，盡管后起的流化床在傳熱上有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于固定床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，停留時(shí)間較長(zhǎng)且易于控制，加上化工工程的習(xí)慣，因此固定床仍不能完全被流化床所取代。流化床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)是細(xì)的或粗的固體粒子在床內(nèi)不是靜止不動(dòng)，而是在高速流體的作用下，被擾動(dòng)懸浮起來，劇烈運(yùn)動(dòng)，固體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，接近于可以流動(dòng)的流體，故稱流化床。由于物料在床內(nèi)如沸騰的液體（被很多氣泡懸?。虼擞址Q沸騰床。使固體流態(tài)化的介質(zhì)，當(dāng)然也可以是液體，所以流化床越來越被化工工程師重視，適用于氣-固和液-固相反應(yīng)。流化床反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳熱效果好。流態(tài)化較好的流化床，其床內(nèi)各點(diǎn)溫度相差不會(huì)超過5℃，可以防止局部過熱。流化床的進(jìn)料、出料、排廢渣都可以用氣流流化的方式進(jìn)行，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，亦易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和控制，生產(chǎn)能力較大，在氣相-氣相反應(yīng)物（固相催化）、氣相-固相反應(yīng)物、氣相-液相反應(yīng)物（固相催化）、液相-液相反應(yīng)物（固相催化）以及液相-固相反應(yīng)物體系中越來越普遍地被應(yīng)用。由于流化床體系內(nèi)物料返混嚴(yán)重，粒子磨損嚴(yán)重，通常要有粒子回收和集塵的裝置，另外存在床型和構(gòu)件比較復(fù)雜、操作技術(shù)要求高以及造價(jià)較高等問題。8.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)在反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，除了通常說的要符合“合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則，在落實(shí)到具體問題時(shí)，要考慮到下列的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臄嚢杵骱皖愃谱饔玫臋C(jī)構(gòu)注意材質(zhì)選用和機(jī)械加工要求8.4反應(yīng)器設(shè)計(jì)舉例8.4.1丙烷脫氫反應(yīng)器（R0204）1.反應(yīng)特點(diǎn)丙烷脫氫反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系，在脫氫生成丙烯和氫氣的同時(shí)，還會(huì)伴隨碳鏈斷裂生成乙烯和甲烷，以及乙烯加氫生成乙烷，丙烯脫氫生成丙炔等反應(yīng)。丙烷脫氫是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)要在高溫（600℃）條件下才能獲得較高的選擇性。實(shí)際生產(chǎn)中，丙烷脫氫會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。催化劑需要不斷地循環(huán)再生，如果采用間歇操作無疑會(huì)降低年產(chǎn)量，影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，本項(xiàng)目擬采用移動(dòng)床反應(yīng)器，邊生產(chǎn)邊再生，避免開停車?yán)速M(fèi)時(shí)間，降低產(chǎn)量；同時(shí)避免模擬移動(dòng)床對(duì)閥門等設(shè)備的要求。為了提高丙烯的選擇性，防止因結(jié)焦而使產(chǎn)量下降，操作過程中要控制床層溫度不要過低，影響反應(yīng)的進(jìn)行；也不能過高，導(dǎo)致催化劑失活。本工藝采用中國(guó)石化北京化工研究院的Pt-Sn/Al2O3為催化劑。2.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程該反應(yīng)屬于氣-固相催化反應(yīng)，反應(yīng)分為吸附、表面反應(yīng)和脫附三個(gè)過程。吸附模型為從Langmuir等溫式發(fā)展的LHHW雙曲線模型。其中速率控制步驟為表面反應(yīng)。從《SimulationofPropaneDehydrogenationtoProplyeneinaRadial-FlowReactoroverPt-Sn/Al2O3astheCatalyst》主反應(yīng)：副反應(yīng)：12動(dòng)力學(xué)方程：Ea1[Jmol-1]=34570，Ea2[Jmol-1]=137310,Ea3[Jmol-1]=154540K01[molkg-1s-1p-1]=8.74×10-8，K02[molkg-1s-1p-1]=7.75×10-10K03[molkg-1s-1p-1]=3.9×10-11KC3H6=3.46，△HC3H6=-85817[Jmol-1]3.反應(yīng)器設(shè)計(jì)過程該反應(yīng)器為移動(dòng)床反應(yīng)器，催化劑顆粒自上而下利用重力落入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)氣體自下而上進(jìn)入反應(yīng)器。從反應(yīng)器下出口出來的反應(yīng)器經(jīng)提升管提升后進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)器，最后從第四個(gè)反應(yīng)器出來后進(jìn)入催化劑在線再生系統(tǒng)再生，活化后的催化劑重新返回到第一臺(tái)反應(yīng)進(jìn)口。Aspenplus中的流股信息表8-1Aspenplus的流股信息進(jìn)入反應(yīng)器離開反應(yīng)器流股名稱02090210溫度/℃600572壓力/MPa0.150.15氣相分率11質(zhì)量流率/（kg/hr）479700479700體積流率/（cum/hr）788548779218密度/（kg/cum）0.6080.616組分質(zhì)量流率/（kg/hr）丙烷277513.00261544.00丙烯71681.4086268.88乙烯268.44189.77甲烷805.131053.25氫氣2975.663637.64乙烷1729.262278.64水124616.00124616.00正丁烷0.170.17異丁烷61.0161.01丙炔51.0351.03絕熱反應(yīng)器，進(jìn)口溫度為600℃，出口溫度572℃催化劑用量、進(jìn)反應(yīng)器流股溫度與反應(yīng)器壓力的確定（僅對(duì)第一個(gè)反應(yīng)器R0204進(jìn)行分析）催化劑用量的確定，根據(jù)Aspenplus反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)，將催化劑用量對(duì)丙烯摩爾流量做圖可以看出隨著催化劑用量的增加而增加，當(dāng)催化劑用量達(dá)到一定程度后，在增加催化劑，丙烯增加量很??；考慮到本工藝采用移動(dòng)床，催化劑的用量過大會(huì)加大移動(dòng)床反應(yīng)器的體積，增大操作難度，綜合考慮下采用每個(gè)反應(yīng)器裝填45噸催化劑。圖8-1催化劑用量與丙烯生成量之間的關(guān)系丙烷脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，丙烯的生成量不斷增加由于選用的催化劑有一定的溫度范圍，而且溫度過低，脫氫反應(yīng)幾乎不發(fā)生，隨著溫度升高，轉(zhuǎn)化率逐漸增大，但是溫度過高，增加了焦的相對(duì)生成量，降低丙烯的選擇性，因?yàn)镃-C鍵比C-H鍵更容易斷裂，綜合考慮，選定進(jìn)口溫度為600℃。圖8-2進(jìn)反應(yīng)器流股溫度與丙烯生成量之間的關(guān)系丙烷脫氫反應(yīng)是分子數(shù)增多的反應(yīng)，隨著壓力的增加，丙烯產(chǎn)量逐漸下降，因此，脫氫反應(yīng)宜采用低壓，甚至負(fù)壓操作，但是由于反應(yīng)氣體均為易燃易爆氣體，負(fù)壓操作容易導(dǎo)致空氣流入反應(yīng)器，引發(fā)爆炸事故，同時(shí)由于采用移動(dòng)床，過高的壓力難于實(shí)現(xiàn)，于是采用微正壓操作，最終選定1.5atm。反應(yīng)體積的確定由上述對(duì)一個(gè)反應(yīng)器的分析可得每個(gè)反應(yīng)器持有的催化劑的量為45噸，四臺(tái)反應(yīng)器一共180噸，催化劑再生系統(tǒng)48噸，總量228噸。由進(jìn)料條件可知反應(yīng)物的體積流率為710539m3/hr查文獻(xiàn)得到空速為200h-1，反應(yīng)體積等于=停留時(shí)間×體積流率=30.5m3。此體積為催化劑的體積，取催化劑的裝填系數(shù)為0.4，則可以計(jì)算出反應(yīng)器的體積為50.8m3。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及進(jìn)料示意圖：圖8-3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖催化劑從頂部落入反應(yīng)器利用重力勢(shì)能下落，反應(yīng)氣體也從反應(yīng)器頂部進(jìn)入從反應(yīng)器外腔進(jìn)入與反應(yīng)器頂部落入的催化劑呈錯(cuò)流狀態(tài)。反應(yīng)后的氣體在中心管匯集后從頂部出反應(yīng)器進(jìn)入下一臺(tái)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行同第一臺(tái)反應(yīng)器相同的反應(yīng)；反應(yīng)后的催化劑從反應(yīng)器底部出來后，經(jīng)提升管提升進(jìn)入下一臺(tái)反應(yīng)器頂部，出最后一臺(tái)反應(yīng)器的催化劑顆粒進(jìn)入催化劑在線再生系統(tǒng)再生，重新活化的催化劑顆粒返回到第一臺(tái)反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。參考文獻(xiàn)得知，近期，研究人員將催化劑床層看成是若干個(gè)小的圓環(huán)組成反應(yīng)氣體從圓環(huán)中心進(jìn)入催化劑床層，穿過床層與催化劑接觸的過程中反應(yīng)，然后匯聚后從反應(yīng)器頂部流出。催化劑的圓環(huán)模型見下圖。圖8-4質(zhì)量衡算圖8-5移動(dòng)床催化劑下落模型取催化劑床層高度10m，中心管直徑2.5m，由反應(yīng)體積為50.8m3可以計(jì)算出外徑R為3.6m，因此，△r=0.55m，即反應(yīng)氣體需要穿越的催化劑厚度為0.55m，取反應(yīng)器外徑5m。催化劑的流動(dòng)方式考慮到丙烷脫氫會(huì)產(chǎn)生積碳，因此采用了催化劑在線再生系統(tǒng)。原UOP工藝采用催化劑與原料并流的形式，由于原料剛進(jìn)入反應(yīng)器的時(shí)候，反應(yīng)物濃度高，催化劑活性高，反應(yīng)推動(dòng)力大，所需要的反應(yīng)體積相應(yīng)的就相對(duì)較小，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，原料氣體濃度降低，催化劑活性越來越低，反應(yīng)速度下降較快，需要較大的反應(yīng)體積。而采用逆流接觸的輸送方式，隨著催化劑從第四臺(tái)反應(yīng)器向第一臺(tái)反應(yīng)器的移動(dòng)，活性由高到低。逆流連續(xù)丙烷脫氫催化劑流動(dòng)方向、反應(yīng)物流動(dòng)方向、積炭高低順序、催化劑活性以及各反應(yīng)器中反應(yīng)難易程度的關(guān)系示意如下：第一反應(yīng)器第二反應(yīng)器第三反應(yīng)器第四反應(yīng)器催化劑輸送方向反應(yīng)物流流動(dòng)方向反應(yīng)器中積炭量高催化劑活性低高反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)級(jí)別易因此，該工藝過程使得相對(duì)容易進(jìn)行的反應(yīng)在活性相對(duì)較低的催化劑上進(jìn)行，而難反應(yīng)的則在家較高活性的催化劑上進(jìn)行，每個(gè)催化劑的活性狀態(tài)與反應(yīng)的難易程度相匹配。逆流連連續(xù)脫氫過程反應(yīng)的合理性參照芳烴重整反應(yīng)器，下表中數(shù)據(jù)給出的芳烴重整反應(yīng)器中兩種催化劑積炭量對(duì)反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表8-2不同積碳影響結(jié)果催化劑積炭量%4.33.0反應(yīng)溫度℃500500LHSV/h-11515環(huán)己烷轉(zhuǎn)化率%94.496.6芳烴產(chǎn)率%93.293.4隨著催化劑積炭量的增加，正庚烷的轉(zhuǎn)化率逐漸降低，當(dāng)催化劑的積炭量超過4%之后，降低速度加快。隨著積炭量的增加，芳烴產(chǎn)率和正庚烷芳構(gòu)化的選擇性迅速降低，積炭量達(dá)到4%之后下降速度加快。反應(yīng)溫度520℃比500℃更為明顯。由此可見積炭量對(duì)反應(yīng)有著很大的影響，也就是說，催化劑的積炭量對(duì)最后面反應(yīng)其中進(jìn)行的反應(yīng)影響很大，上述資料表明，逆流連續(xù)脫氫工藝有其合理性。逆流移動(dòng)床簡(jiǎn)圖如下：逆流移動(dòng)床反應(yīng)器及催化劑再生系統(tǒng)簡(jiǎn)圖“逆流”連續(xù)脫氫工藝能從根本上解決傳統(tǒng)“順流”連續(xù)脫氫工藝反應(yīng)難易程度與催化劑的活性分布不匹配、催化劑的循環(huán)安排不盡合理的問題。其具有以下特點(diǎn)：1）催化劑為逆反應(yīng)物流輸送；2）取消了傳統(tǒng)工藝必須設(shè)置的復(fù)雜的閉鎖料斗及其控制系統(tǒng)；3）取消再生催化劑粉塵淘析收集系統(tǒng)。5.床層壓降計(jì)H=10m，u=0.9m/s，ε=0.3，ρ=0.6685kg/m3，μ=2.18×10-6Pa·s，dp=2.0×10-3m。將下落的催化劑看成是固定床填充的催化劑計(jì)算出雷諾數(shù)，，因?yàn)閮?nèi)徑r1=1.25m，r2=1.8m，Q0=710539m3/hr，ε=0.3，H=0.5，ρ=0.6685kg/m3，μ=2.18×10-6Pa·s,取=150，=1.75。計(jì)算出壓降6.設(shè)計(jì)溫度的確定因?yàn)榉磻?yīng)溫度最高為600℃大于300℃，因此設(shè)計(jì)溫度要大于介質(zhì)正常工作溫度+15℃，因此取該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為620℃。7.設(shè)計(jì)壓力的確定內(nèi)壓容器一般取最大工作壓力的1.1倍為設(shè)計(jì)壓力，工作壓力0.15MPa，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)壓力為1.1*0.15=0.165MPa。8.保溫層的尺寸的確定查化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，因?yàn)榉磻?yīng)器溫度為600℃，取保溫材料為普通硅酸纖維鋁制品（極限使用溫度為850℃）。其中Do=5m，Ta為環(huán)境溫度為33℃，as=ar+ak，查化工手冊(cè)得到ak=2.1kcal/(m2.h.℃)，ar=5.6kcal/(m2.h.℃)所以計(jì)算的到as=7.7kcal/(m2.h.℃)=8.9551W/（m2.K），TO為管壁溫度為600℃，查化工手冊(cè)得到600℃熱損失量[Q]取296w.m-2,，=0.1054W/（m.k），所以=0.1774W/（m.k）將數(shù)值帶入式得到D1=5.54m,所以保溫層厚度為0.27m。查設(shè)計(jì)手冊(cè)得到筒體保溫層用量為4.52m3，封頭保溫層用量為7.63m3，總的用量為12.15m3。9.氣體流速的確定查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，在一定范圍內(nèi)，增大氣體流速，有利于改善流型，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。但是隨著氣速的增大，床層壓降會(huì)急劇升高，產(chǎn)生貼壁和空腔流動(dòng)現(xiàn)象，為避免此現(xiàn)象的發(fā)生，需要確定合適的進(jìn)料氣體流速。參照文獻(xiàn)資料計(jì)算得到臨界體積流量為240m3/S，當(dāng)氣速過大時(shí)，氣體對(duì)催化劑的正壓力大，產(chǎn)生的曳力就大，容易產(chǎn)生催化劑的貼壁；同樣的，催化劑通過重力勢(shì)能下落，如果氣速過小，容易導(dǎo)致催化劑下落過快，而導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)無催化劑的空腔，綜合考慮選用體積流率為198m3/hr10.催化劑再生步驟在脫氫反應(yīng)的同時(shí)，催化劑的積碳越來越多，而且操作條件越苛刻，催化劑積碳越快，因而失活越快。為恢復(fù)其活性，我們?cè)O(shè)置了一套催化劑連續(xù)再生的裝置。本裝置采用四步法工藝，即燒焦、氧氯化、干燥和還原。①燒焦第一步是催化劑的燒焦。燒焦是在氧氣存在的條件下的燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳和水，放出熱量表：該反應(yīng)對(duì)除焦是有必要的，但是會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生損害，它導(dǎo)致催化劑溫度上升，而且催化劑溫度的上升極大的增加了催化劑的永久性失活的危險(xiǎn)。所以燒焦過程要嚴(yán)格控制好反應(yīng)的溫度，可以通過控制燃燒過程中的氧含量來確定。氧氣濃度過高造成燃燒溫度過高，但是氧氣濃度過低則燃燒速度太慢。正常氧氣含量控制在0.5~0.8%（v）時(shí)，燒焦速度最快，燃燒溫度最低的最佳范圍。

②氧氯化第二部是調(diào)節(jié)氯含量，氧化和分布催化劑表面的金屬。這些反應(yīng)是有氧和有機(jī)氯化物參與的復(fù)雜反應(yīng)，所以需要氧和氯化物。a、b、 c、 催化劑需要氯化劑以保持酸性功能。但是氯化劑過多或太少都會(huì)對(duì)Pt脫氫反應(yīng)產(chǎn)生不良影響，所以催化劑氯含量必須進(jìn)行控制。這是通過注入氯化物的速度來控制的。在正常條件下催化劑的氯含量應(yīng)保持在1.1~1.3%wt之間，這是發(fā)揮催化劑酸性功能的最佳范圍。③干燥第三部是除去催化劑表面上的多余水分。催化劑上的多余水分來自燃燒步驟。采用高溫干燥氣體流過催化劑，以達(dá)到烘干的目的，除去催化劑表面的多余水分。通過研究發(fā)現(xiàn)，在干燥過程中，催化劑體上的羥基與羥基以及羥基與氯離子之間會(huì)縮合成水合氯化氫，同時(shí)在載體上形成氧橋，失水的同時(shí)失去氯，因此注氯量應(yīng)考慮這部分的損失。催化劑進(jìn)入Pt脫氫反應(yīng)器前越干燥，總體性能越好。高溫和足夠的干燥時(shí)間和干燥氣體流速越快有助于干燥氣步驟的完成。④還原第四部是把金屬?gòu)难趸亸难趸瘧B(tài)變?yōu)檫€原態(tài)。在氧氯化步驟后必須進(jìn)行此步驟，以使得催化劑在返回脫氫反應(yīng)器前回復(fù)到最佳的狀態(tài)。還原反應(yīng)要有要有氫氣才能進(jìn)行，反應(yīng)式如下： 還原越完全，金屬在脫氫反應(yīng)中性能越佳。氫氣純度高、還原區(qū)溫度高和能確保氣體良好分布的足夠快的氣體流速有助于本反應(yīng)的完成。11.催化劑再生催化劑失活的原因：第一是因?yàn)楸樵诿摎溥^程中反應(yīng)過度，生成焦炭覆蓋在催化劑表面，阻止了催化劑與反應(yīng)氣體的繼續(xù)接觸；第二個(gè)原因是因?yàn)榛钚灾行腜t的流失；第三個(gè)原因是因?yàn)榉磻?yīng)溫度過高，超過了催化劑的耐受范圍，造成催化劑的永久性失活。參考文獻(xiàn)移動(dòng)床甲醇制丙烯反應(yīng)器流動(dòng)特性研究[唐玥祺]得到催化劑的下料器采用Y型，有利于催化劑顆粒的均勻流動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程中結(jié)焦速率，參考文獻(xiàn)結(jié)焦率為4.5%時(shí)，催化劑的活性對(duì)反應(yīng)的速率影響加劇，并且考慮到空氣燒焦時(shí)熱點(diǎn)溫度的問題，最終取催化劑的下料速率為5mm/s，可以計(jì)算得到每小時(shí)的催化劑下落量為18000mm/hr，換算成質(zhì)量為36000kg/hr，即反應(yīng)器與反應(yīng)器之間提升管每小時(shí)需要提升36000kg的催化劑。用氮?dú)庾鎏嵘龤馓嵘呋瘎?。每小時(shí)的氮?dú)庀牧繛?7653m3/hr。催化劑的再生方法：通入空氣燒掉積聚在催化劑表面的積碳，但是通入空氣進(jìn)行燒焦會(huì)出現(xiàn)床層的飛溫導(dǎo)致催化劑永久性失活，因此需要對(duì)燃料進(jìn)行稀釋，常用的燒焦氣為氧氣，氫氣，水蒸氣等。本項(xiàng)目采用的再生氣為氮?dú)庀♂尩目諝?，再生溫?00℃。再生后的催化劑通入氮?dú)獯祾?，吹走粉碎的催化劑顆粒，吹掃結(jié)束后通入氫氣還原，將氧化態(tài)的金屬還原，使得催化劑的活性最佳。再生氣體--氧氣流量的確定燒焦氣體氧氣體積含量為0.5%，燒焦時(shí)間為60min，因此通入氮?dú)庀♂尩目諝鉃闊箽怏w。參考《Pt催化劑上丙烷脫氫反應(yīng)與結(jié)焦動(dòng)力學(xué)》[李慶]得焦的生成量為以每小時(shí)再生36000kg催化劑計(jì)，可得每小時(shí)要處理的焦的量為1494kg，燒焦結(jié)束后的碳含量要小于0.02%，轉(zhuǎn)化成摩爾量為124.5kmol，參考文獻(xiàn)得到1mol碳消耗2mol氧氣，得到氧氣的消耗量為249kmol/hr，按標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算得到純氧氣的體積為5577600L/hr，又因?yàn)檠鯕獾臐舛葹?.2，所以通入的空氣為27888000L/hr=27888m3/hr。綜上所述，空氣的體積流流量為27888m3/hr，約為7.7m3/s。氧氯化區(qū)域注氯量的確定根據(jù)工程師的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過咨詢得知當(dāng)氯含量為1.0~1.2%之間時(shí)，催化劑的活性最高，在前面章節(jié)計(jì)算到了催化劑的小時(shí)再生量為36000kg，得到需要的氯化物的含量計(jì)算出所需氯化物的量為414kg/hr。10.反應(yīng)器校核表8-3反應(yīng)器R0204設(shè)計(jì)溫度620℃設(shè)計(jì)壓力0.165MPa反應(yīng)體積50.5m3反應(yīng)器直徑5m反應(yīng)器長(zhǎng)度16.5m反應(yīng)溫度600℃反應(yīng)壓力0.15MPa保溫層厚度0.27m表8-4反應(yīng)器R0204校核數(shù)據(jù)： 立式攪拌容器校核計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所筒體設(shè)計(jì)條件內(nèi)筒設(shè)計(jì)壓力pMPa0.165設(shè)計(jì)溫度t°C620內(nèi)徑Dimm5000名義厚度dnmm13材料名稱S30408許用應(yīng)力[s]137[s]tMPa54.4壓力試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)sEQ\s(t,s)205鋼材厚度負(fù)偏差C1mm0.3腐蝕裕量C2mm3厚度附加量C＝C1＋C2mm3.3焊接接頭系數(shù)f0.85壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)壓力pTMPa0.441504筒體長(zhǎng)度Lwmm16500內(nèi)筒外壓計(jì)算長(zhǎng)度Lmm封頭設(shè)計(jì)條件筒體上封頭筒體下封頭夾套封頭封頭形式橢圓形橢圓形名義厚度dnmm1313材料名稱設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[s]tMPa54.454.4鋼材厚度負(fù)偏差C1mm0.30.3腐蝕裕量C2mm33厚度附加量C＝C1＋C2mm3.33.3焊接接頭系數(shù)f0.850.85主要計(jì)算結(jié)果內(nèi)圓筒體內(nèi)筒上封頭內(nèi)筒下封頭校核結(jié)果校核合格校核合格校核合格質(zhì)量mkg26517.52753.272753.27攪拌軸計(jì)算軸徑mm備注內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度t620.00°C內(nèi)徑Di5000.00mm材料S30408(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[s]137.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[s]t54.40MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ss205.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)f0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d==8.94mm有效厚度de=dn-C1-C2=9.70mm名義厚度dn=13.00mm重量26517.47Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=0.4415(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平[s]T[s]T￡0.90ss=184.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT==134.13MPa校核條件sT￡[s]T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.17906MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st==42.61MPa[s]tf46.24MPa校核條件[s]tf≥st結(jié)論合格內(nèi)筒上封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度t620.00°C內(nèi)徑Di5000.00mm曲面深度hi1250.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[s]t54.40MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[s]137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)f0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=0.4415(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力[s]t[s]T￡0.90ss=184.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT==134.00MPa校核條件sT￡[s]T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度dh==8.93mm有效厚度deh=dnh-C1-C2=9.70mm最小厚度dmin=7.50mm名義厚度dnh=13.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量2753.27Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.17924MPa結(jié)論合格內(nèi)筒下封頭內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度t620.00°C內(nèi)徑Di5000.00mm曲面深度hi1250.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力[s]t54.40MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力[s]137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C23.00mm焊接接頭系數(shù)f0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=0.4415(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力[s]t[s]T￡0.90ss=184.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT==134.00MPa校核條件sT￡[s]T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度dh==8.93mm有效厚度deh=dnh-C1-C2=9.70mm最小厚度dmin=7.50mm名義厚度dnh=13.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量2753.27Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==0.17924MPa結(jié)論合格8.4.2乙酯加氫反應(yīng)器（R0602）1.反應(yīng)特點(diǎn)醋酸乙酯加氫反應(yīng)為高溫下的放熱反應(yīng)，醋酸乙酯與氫氣在催化劑的作用下生成產(chǎn)物乙醇。醋酸催化加氫法制乙醇可分為醋酸直接加氫法和醋酸酯加氫法，醋酸直接加氫法需用貴金屬催化劑，催化劑成本高；同時(shí)醋酸的腐蝕性較高。該工藝對(duì)材質(zhì)的要求較高，工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)備投資大，經(jīng)濟(jì)性有待驗(yàn)證。而醋酸酯加氫路線在有效避免上述問題的同時(shí)，可顯著降低乙醇的生產(chǎn)成本。工藝反應(yīng)、分離更為簡(jiǎn)單，且催化劑為常規(guī)的銅基復(fù)合催化劑，成本更低。銅基催化劑最初用于甲酸甲酯的加氫反應(yīng)，是酯催化加氫反應(yīng)中常用的催化劑，可得到高選擇性的醇產(chǎn)物，本反應(yīng)采用的催化劑為Cu/ZrO2。工業(yè)生產(chǎn)中，高溫下醋酸乙酯的加氫反應(yīng)常伴隨著副反應(yīng)的發(fā)生，如生成揮發(fā)度較小的乙醛、甲醇和揮發(fā)度較大的正丙醇、正丁醇的反應(yīng)等，由于在該工藝條件下，乙醇的選擇性均高于99%，因此對(duì)于該反應(yīng)器中的反應(yīng)，僅考慮主反應(yīng)：EA+2H2==2EtOH。2.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)該反應(yīng)屬于氣-固相催化反應(yīng)，在銅基催化劑的作用下，該反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)的模型為POWERLAW形式，從*相關(guān)文獻(xiàn)中得到的反應(yīng)速率方程為：其中：T——反應(yīng)溫度/℃T0——180℃PH2——?dú)錃夥謮?kPaPEA——醋酸乙酯分壓/kPa*文獻(xiàn)名稱于小芳,孫帆,等.醋酸乙酯加氫制乙醇本征動(dòng)力學(xué)研究.復(fù)旦學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,53(2):241-248.3反應(yīng)器設(shè)計(jì)過程Aspenplus模擬數(shù)據(jù)表8-4Aspenplus數(shù)據(jù)R0602反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口流股名稱06090610溫度/℃220200壓力/bar4040氣相分率11質(zhì)量流率/(kg/hr)142970142970體積流率/cum/hr19155.618388.8密度/(kg/cum)7.4637.774組分質(zhì)量流率/(kg/hr)CH43.390043.39004H234748.2331813.57C2H61.379771.37977H2O16462.6216462.62C4H8O264.131160C2H6O27621.7494687.75C2H4O21.7989E-81.7989E-8C3H41.524661.52466熱負(fù)荷為6.578MW，反應(yīng)溫度200℃，設(shè)計(jì)壓力4.1MPa。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于該反應(yīng)為氣—固催化反應(yīng)，反應(yīng)熱較大，所需換熱面積較大，為了很好的控制溫度，使傳熱的面積更大，工藝上選擇列管式固定床反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)有：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性；②催化劑機(jī)械損耗??；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它的投資和操作費(fèi)用介于絕熱固定床和流化床之間，是乙酸乙酯加氫反應(yīng)比較理想的反應(yīng)設(shè)備。列管式固定床反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上有以下特點(diǎn)：列管式固定床反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上類似于管殼式換熱器，管束的排列方式大都是等邊三角形排列。反應(yīng)器通常很大，直徑達(dá)四五米。反應(yīng)管直徑視熱效應(yīng)大小而定，通常為20~50mm，根數(shù)達(dá)3000~20000根。反應(yīng)器按殼程流體流動(dòng)方式可分為平行流和錯(cuò)流兩種，而按載熱體的冷卻方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。該催化劑的空時(shí)為9.19s，物流的體積流率V為5.321m3/s，由此可得：反應(yīng)體積=空時(shí)×體積流率=9.19×5.321=48.91該體積為催化劑的體積，取催化劑的填裝空隙率為0.2，由此可得催化劑裝填體積V0=48.91/(1-0.2)=61.13m3。選用長(zhǎng)10m，外徑45mm，內(nèi)徑41mm的列管，催化劑裝填高度為8.35m。計(jì)算所需列管數(shù)反應(yīng)管采用正三角形排布，則殼程直徑為經(jīng)圓整后，取D=4m。反應(yīng)器筒體長(zhǎng)10m，直徑4m，選用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面深度1m，直邊長(zhǎng)度0.04m。反應(yīng)器殼程里通入沸騰水及時(shí)撤除反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，將反應(yīng)溫度控制在200℃。4.床層壓降計(jì)算H=8.35m，u=0.8m/s，ε=0.2，ρ=7.463kg/m3，μ=1.346×10-5Pa·s，dp=5.5×10-3m。計(jì)算出雷諾數(shù)，，計(jì)算出壓降，5.換熱面積校核管程床層對(duì)壁面的給熱系數(shù)，，，，，計(jì)算得到殼程水沸騰傳熱系數(shù)，，，，，，，，取Ri=0.3×10-3（K.m2）/W，Ro=0.176×10-3（K.m2）/W計(jì)算出總傳熱系數(shù)為：對(duì)數(shù)平均溫差反應(yīng)器熱負(fù)荷為6.73MW。計(jì)算需要面積為實(shí)際面積，換熱面積足夠。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如下反應(yīng)器強(qiáng)度校核表8-5反應(yīng)器R0602校核數(shù)據(jù)固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所設(shè)計(jì)計(jì)算條件殼程管程設(shè)計(jì)壓力0.11MPa設(shè)計(jì)壓力4.1MPa設(shè)計(jì)溫度100設(shè)計(jì)溫度2004000mm管箱圓筒內(nèi)徑Di4000mm材料名稱S30408材料名稱S30408簡(jiǎn)圖計(jì)算內(nèi)容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管板校核計(jì)算

前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc4.10MPa設(shè)計(jì)溫度t200.00C內(nèi)徑Di4000.00mm材料S30408(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t130.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s205.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==75.61mm有效厚度e=n-C1-C2=77.70mm名義厚度n=80.00mm重量6439.42Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=5.4010(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==166.73MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.21112MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==107.58MPat110.50MPa校核條件t≥t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度14.00mm,合格

前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc4.10MPa設(shè)計(jì)溫度t200.00C內(nèi)徑Di4000.00mm曲面深度hi1000.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t130.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=5.4010(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==165.14MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==74.90mm有效厚度eh=nh-C1-C2=77.70mm最小厚度min=6.00mm名義厚度nh=80.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量11458.91Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.25163MPa結(jié)論合格

后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc4.10MPa設(shè)計(jì)溫度t200.00C內(nèi)徑Di4000.00mm材料S30408(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t130.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s205.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==75.61mm有效厚度e=n-C1-C2=77.70mm名義厚度n=80.00mm重量6439.42Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=5.4010(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==166.73MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==4.21112MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==107.58MPat110.50MPa校核條件t≥t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度14.00mm,合格

后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位中航一集團(tuán)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc4.10MPa設(shè)計(jì)溫度t200.00C內(nèi)徑Di4000.00mm曲面深度hi1000.00mm材料S30408(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t130.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力137.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=5.4010(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=184.50MPa試驗(yàn)