流化床反应器的设计.docx

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流化床反应器的设计

年产万吨烯烃流化床反应器设计

dUf

Rep二亠1000

1操作工艺参数

反应温度为：

450C

反应压力为：

（绝压）

操作空速为：

1~5h-1

MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34

催化剂粒径范围为：

30〜80叩

催化剂平均粒径为60ym

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，％。

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卩

甲醇45oc下的密度根据理想气体状态方程估算为m

甲醇处理量：

根据催化剂的催化性能总受率为%甲醇的用量=烯烃质量X（32/14）/

烯烃的生产要求是35000t/a，甲醇的量为89385/a。

2操作气速

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Unf起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，

其计R=dpUmf

Rep

20算公式如下式所示：

对于的小颗粒

,d2pg

Umf

1650

（1）

对于的大颗粒

1/2

Umf

dppg

24.5

（2）

式中：

dp为颗粒的平均粒径；pp,p分别为颗粒和气体的密度；卩为气体的粘度假设颗粒的雷诺数％＜20,将已知数据代入公式

（1），

校核雷诺数：

将Sf带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化，

FrmfV；聚式流化，Frmf＞。

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U其最大

气速不能超过床层最小颗粒的带出速度u，其计算公式如下式所示：

0.4

当

dpUt

ep

时,

当Rep

dPUt

500

时,

（4）

1/2

Ut

（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U，因此用dp=60ym计算带出速度。

代入已知数据求得

校核雷诺数：

Rep=（

流化床操作气速

如上所述，已知颗粒的临界流化速度山和催化剂的小颗粒的带出U，对于采用高流化速度，其流化数（流化数=气体表观速度/临界流化速度）可以选着300-1000，本装置设计使用流化数为1000，带入计算

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。

3床径的确定

密相段直径确定

本流化床反应器设计处理能力为h。

体积流量为h甲醇气体，即s

根据公式

即流化床反应器密相段的公称直径为DN=

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=

4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=h

取质量空速为2h-1，则催化剂的量为吨。

由催化剂的装填密度为

750kg/m3,所以静床高度的确定

Hmf

m催化剂467004

221.7m

Dt7503.142.6

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=2Hnf=。

扩大段高度取扩大段直径的三分之一，Fb=0

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

，取锥咼为H4=，其锥底直径为。

由此可得，流化床总高

其长径比为=0

H=H+H+H+H=

5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，设计温度为500摄氏度，设计压力为，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i00Mpa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©=，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-ci-c2=0

筒体的应力按下式进行计算

tPDte

2te

0.226003.4

23.476^7Mpa

O

许用应力［门t©==85Mpa＞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椭圆圭寸头

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in。

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=

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6mm

7裙座

裙座的厚度按经验选取为20mm,高度为1m。

8水压试验及其强度校核

水压试验的试验压力有Pt=P+=,pT==,取两者中大值，即Pt=。

水压试验时壁内应力

已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为cs=137Mpa计算

CTs=

可以知道水压试验时筒体壁内应力小于cs,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/h

操作压力MPa

操作温度C

450

密相段气速m/s

密相段直径m

密相段高度m

稀相段气速m/s

稀相段直径m

稀相段高度m

过渡段高度m

锥形段m

裙座m

1