流化床反应器的设计954.pdf

mfUR=1000pdepmfUR=20pdep应器设计 流化床反1 操作工艺参数 反应温度为：450 操作空速为：15h-1 MTO 成型催化剂选用 Sr-SAPO-34 催化剂粒径范围为：3080m 催化剂平均粒径为 60m 催化剂颗粒密度为 1500kg/m3 催化剂装填密度为 750kg/m3 3（32/14）烯烃的生产要求是 35000t/a，甲醇的量为 89385/a。2 操作气速 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 2U1650ppmfdg （1）对于的大颗粒 1/2dU24.5ppmfg （2）式中：dp为颗粒的平均粒径；p，分别为颗粒和气体的密度；为气体的粘度假设颗粒的雷诺数 Rep20，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，Frmfrmf 代入已知数据求得 根据判别式可知流化形式为散式流化。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UR=0.4dptep时，2U18dgppt （3）当U0.4R=500dptep时，221/34Ud225gptp （4）当UR=500dptep时，1/23.1dUgppt （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=60m 计算带出速度。代入已知数据求得 校核雷诺数：Repep500）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 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 本流化床反应器设计处理能力为t/h。体积流量为 m3/h 甲醇气体，即 m3/s。根据公式 T04VD=U （6）即流化床反应器密相段的公称直径为 DN=m 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=m 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=t/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 224670041.7750 3.142.6mfTmHmD催化剂，流化时的流化比取 2，因此床层高度 H1=2Hmf 扩大段高度取扩大段直径的三分之一，H2=m。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=m，其锥底直径为 m。由此可得，流化床总高 H=H1+H2+H3+H4=m 其长径比为 5.92/=。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 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=mm。筒体的应力按下式进行计算 0.226003.476.5722 3.4etep DtMpat。许用应力tMpa,应力校核合格。对于扩大段，d0.2 3100t=25.72 100 0.850.22itpDcmmp 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，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。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 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 s=137Mpa，计算 s s，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 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 0.22 锥形段 m 1.2 裙座 m 1