流化床反应器的设计25.doc

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1、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

2、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/a。2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，F

3、rmf＜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

4、操作气速如上所述，已知颗粒的临界流化速度Umf和催化剂的小颗粒的带出Ut，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1.3m/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

5、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

6、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=2.3。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

7、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，

8、设计温度为500摄氏度，腐蚀裕量为2m