固定床流化床設(shè)計(jì)計(jì)算匯編

1、快炫液相選擇加氫固定床床反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算由于固定床反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、操作彈性大、建設(shè)投資低等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于各類油品催化加氫裂化及精制、低碳姓類選擇加氫精制等領(lǐng)域。將碳四儲(chǔ)分液相加氫新工藝就是采用單臺(tái)固定床絕熱反應(yīng)器進(jìn)行催化選擇加氫脫除碳四儲(chǔ)分中的乙基乙烘和乙烯基乙快等。在工業(yè)裝置中，由于實(shí)際所采用的流速足夠高，流體與催化劑顆粒間的溫差和濃差，除少數(shù)強(qiáng)放熱反應(yīng)外，都可忽略。對(duì)于固定床反應(yīng)器來講最重要的是處理好床層中的傳熱和催化劑粒子內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)的影響。一、固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)碳四儲(chǔ)分選擇性加氫反應(yīng)器一般采用絕熱固定床反應(yīng)器。在工程上要確定反應(yīng)器的幾何尺寸，首先得確定出一定生產(chǎn)能力下所需的

2、催化劑容積，再根據(jù)高徑比確定反應(yīng)器幾何尺寸。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)要求確定的參數(shù)，對(duì)反應(yīng)器的大小及高徑比、催化劑床層和液體分布板等進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。1 .設(shè)計(jì)參數(shù)反應(yīng)器進(jìn)口溫度：20c進(jìn)口壓力：0.1MPa進(jìn)料量（含氫氣進(jìn)料組分）體積流量：197.8m3/h質(zhì)量流量：3951kg/h液相體積空速：400h-12 .催化劑床層設(shè)計(jì)計(jì)算正常狀態(tài)下反應(yīng)器總進(jìn)料量為2040n3/h液體體積空速400h-1貝U催化齊I用量Vr=Y息/Sv=2040/400=5.1m3催化劑堆密度；B=850kg/m3催化齊J質(zhì)量mB=：BVR=8505.1kg=4335kg求取最適宜的反應(yīng)器直徑D:設(shè)不同D時(shí)

3、，其中高徑比一般取2-10,設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)，為了盡可能避免徑向的影響，取反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比5,則算出反應(yīng)器的直徑和高度為：按正常進(jìn)料量2040m,h及液體空速400h-1,計(jì)算反應(yīng)器的諸參數(shù)：取床層高度L=5m則截面積S=Vr/L-5.1/5-1.02m2床層直徑D=；4§7孩=.41.02/3.14=1.140m因此，圓整可得反應(yīng)器內(nèi)徑可以選擇1200mm此時(shí)，床層高度L4Vr4 5.1-_ 23.14 1.22= 4.512m反應(yīng)器選型表4-1和表4-2為反應(yīng)器類型。表4-1固定床反應(yīng)器類型比較反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注1絕熱固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)器單位體積內(nèi)催化劑量大，生產(chǎn)能力大。反應(yīng)過

4、程中溫度變化大。主要附十熱效應(yīng)小大的反應(yīng)。自熱式固定床以原料氣作為冷卻劑來冷卻床層，易維持床層在一定的溫度分布。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高，只適合用于放熱反應(yīng)。主要附十熱效應(yīng)小局的高壓反應(yīng)過程。多段絕熱式固定床床層之間設(shè)置氣體的冷卻裝置，有效的減小了床內(nèi)的溫度變化，后較高的反應(yīng)速率。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能容納較多的催化劑，溫度分布合理，能是反應(yīng)接近最佳溫度曲線進(jìn)行，產(chǎn)能大，轉(zhuǎn)化率局。傳熱較差。適合各種寬熱效應(yīng)反應(yīng)?？偨Y(jié)1比較三種固定床的優(yōu)缺點(diǎn)以及結(jié)合本工藝特點(diǎn)選用絕熱固定床反應(yīng)器。、流化床反應(yīng)器設(shè)計(jì)1.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則(1)具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞;(2)合理的結(jié)構(gòu)

5、，能有效的加速反應(yīng)和水的脫除；(3)保證壓力和溫度符合操作條件；(4)操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。1.2 流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以Supeflex工藝為依托，以C4為原料，以ZSM-砌子篩為催化劑活性組分,通過流化床反應(yīng)器，將C4轉(zhuǎn)換為乙烯、丙烯產(chǎn)品。具特點(diǎn)是在2個(gè)獨(dú)立的流化床反應(yīng)器（區(qū)）中分別進(jìn)行（乙烯和丁烯歧化反應(yīng)）過程，產(chǎn)物匯總后進(jìn)入分離系統(tǒng)，乙烯、丙烯產(chǎn)品出裝置，C4及C4以上組分循環(huán)返回反應(yīng)器繼續(xù)轉(zhuǎn)化G及以上組分兩股物流在返回烯姓轉(zhuǎn)化反應(yīng)區(qū)之前有少量馳放，以免惰性組分積累。催化劑順次通過反應(yīng)器，經(jīng)汽提后進(jìn)入再生器燒焦，再生催化劑連續(xù)返回反應(yīng)器以實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)-再生。1.3

6、 流化床反應(yīng)器計(jì)算說明1.基本參數(shù)：催化劑顆粒密度：=1500kg/m3催化劑堆密度：，=700kg/m3催化劑平均粒徑：dp=0.12m=1.2M10"m（屬于B區(qū)粒子）混合氣體粘度：=2.010-5Pa.s反應(yīng)溫度：T=550oC反應(yīng)壓力：P=0.2MPaC4處理流量：m0=30584m3/hV0=17505kg/h混合氣體密度：=m0/V0=30584/17505=1.75kg/m3流化床出口流量：V1=29667m3/h4.2.2工藝計(jì)算當(dāng)流體流過顆粒床層的阻力等于床層顆粒重量時(shí)，床層中的顆粒開始流動(dòng)起來，此時(shí)流體的流速稱為起始流化速度，記作Umfo起始流化速度僅與流體和顆粒

7、的物性有關(guān)，其計(jì)算公式如下式所示:對(duì)于q處之<20的小顆粒p.(1)dpgmf1650對(duì)于%=$>1000的大顆粒1”;dp(pp-pgI2！24.5P一由于C4裂解反應(yīng)需要較長(zhǎng)的接觸時(shí)間，故流化床的操作線速不必太高4.2.2.1 操作氣速(1)起始流化速度Umf的確定設(shè) Re <20 ,Umfd2(Pp - ：)g 一二工” 2.；00 -.；1650-1650 2.0 10，= 6.41 10'm/s復(fù)核Re值，Re = 5f1.2 104 6.41 103 1.752.0 100.0673 二 20故假設(shè)Rec20合理。2將Umf帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式Frmf=3作

8、為判斷流化形式的依據(jù)。散式流化,dpgFrmf<0.13；聚式流化，F(xiàn)rmf>0.13。代入已知數(shù)據(jù)求得U232將Umf復(fù)帶入弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)公式Fmf=f=(6.41I0)=0.035<0.13,流化形式dpg1.2109.8為散式流化。(2)逸出速度Ut的確定id設(shè)0.4<Rem<500,則0.574m/s(30N)11.2X10-2252.010復(fù)核Re值RemdpUt ：1.2 10 1 0.574 1.752.0 10= 6.03 "。故彳貿(mào)設(shè)0.4<Rem<500合理。(3)流化床操作氣速操作速度明表示流化床在正常操作時(shí)流體的速度，一般

9、Umf<4<5。根據(jù)C4裂解反應(yīng)流化床操作速度圍為6.4K10J3m/s<Uo<0.574m/s,兩個(gè)速度之比為89.5,所選氣速不應(yīng)太接近這一允許氣速范圍的任一極端。故可取Uq=0.25m/s。4.2.2.2 流化床反應(yīng)器尺寸(1)流化床濃相段直徑的確定經(jīng)計(jì)算，采用單個(gè)流化床反應(yīng)器獲'4I；。；D4.97m：Uq36003.140.25圓整為5000mm(2)催化劑裝填量的確定根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，為了確保C4儲(chǔ)分在一定時(shí)間內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)化率，需控制C4儲(chǔ)分質(zhì)量空速為l511。C4微分質(zhì)量流量為30584kg/h。根據(jù)操作空速為3h1,以反應(yīng)空速計(jì)算催化劑裝填量為m

10、cat=30584/3=10195kg(3)靜床層高度Lq的確定催化劑堆密度：b=700kg/m3Vcat=mcat/；B=10195/700=14.56m34Vcat二D2423,14x5 2= 0.74m(4)流化床床層高度的確定查閱資料知，對(duì)于帶有擋板流化床，可采用下面的公式計(jì)算膨脹比:適用范圍0.517,crc0.19241-0.76u式中u為流化床的操作氣速,m/so0.5170.517R二c ctc1 0 . 7j6-1 0.7 6 0 0222 4在通入氣體起到起始流化時(shí)，床高 Lmf定L0 = 0.74m所以濃相段床高 Lf=RLmf =1.24 0.74 = 0.92m稀相段

11、床高Repdp"：1.2 104 0.25 1.752.0 105= 2.625由阿基米德數(shù),Ar 二dp3：g(：p - ：) (1.2 10-)3 1.75 9.82(2.0 103)2= 111有擋板時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)方程估算,L2V0.73103L0Rep1.45ArJ.1-1.21030.742.6251.45111=12.32m(5)擴(kuò)大段直徑的確定在流化過程中，小顆粒容易被流體帶到反應(yīng)器的上部或外部當(dāng)氣體速度較大的操作狀態(tài)下，被氣體帶走的固體顆粒數(shù)量較大，為了回收這部分顆粒，在流化床中必須設(shè)有氣固分離裝置。設(shè)計(jì)采用的是在反應(yīng)器上部連接一個(gè)擴(kuò)大段作為自由沉降段，氣速降低，部分顆粒

12、自由沉降分離。由于，反應(yīng)的催化劑使用壽命極短，所以要像乙烯催化裂化裝置一樣另設(shè)一個(gè)再生器與之串聯(lián)，且有研究表明催化劑床層下部的積炭程度較輕，床層內(nèi)存在積碳分布，高失活區(qū)域位于催化劑床層上部；如此必須加強(qiáng)床層上部催化劑顆粒與氣體的分離，可在稀相段設(shè)置一個(gè)氣固初步分離器，在擴(kuò)大段設(shè)置一個(gè)串聯(lián)的二級(jí)旋風(fēng)分離器，分離出來的固體，通過一個(gè)倒錐體一部分進(jìn)入再生器，一部分進(jìn)入濃相段。(6)擴(kuò)大段的計(jì)算最小顆粒的帶出速度：dpmin2(1P)g=(0.8M*2M(1500?5尸9.8=Q3m/s2，1.010擴(kuò)大段直徑D2D2牝二 4二h7二ut - ' 3600 3.14 0.26=6.3m圓整后取

13、D2=6m擴(kuò)大段高度，取經(jīng)驗(yàn)值L3=D2=6m(7)錐體部分固定流化床反應(yīng)器錐體角度不大于45。，選取反應(yīng)器錐體的角度為45。根據(jù)反應(yīng)器直徑計(jì)算可知錐體段高度，下面接口管的直徑為0.6m,由此可以推出:D-0.6,“5-0.6/tan45=1=2.2m綜上，流化床反應(yīng)器反應(yīng)器高度L=LFL2L3L4=0.9212.3262.2=22.44m(8)各段壁厚的計(jì)算設(shè)計(jì)壓力0.25MPa,設(shè)計(jì)溫度550C,材料為0CU8Ni9,則其許用應(yīng)力為100MPa,根據(jù)壁厚公式計(jì)算，濃稀相段厚度y=PcD-C2=土二-1=8.36mm2司-P21，！0.85-0.25考慮鋼板負(fù)偏差C1圓整后，C1=0.8mm

14、(參考化工機(jī)械基礎(chǔ)陳國(guó)恒P161)表4-6鋼板厚度負(fù)偏差鋼板厚度2.02.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5負(fù)偏差Ci0.180.190.200.220.250.300.50鋼板厚度6.07.08.02526303234364042505260負(fù)偏差Ci0.60.80.91.01.11.21.3故取6n=10mm過渡段半錐角為60C,取R/Di=0.5,WJf=0.5臺(tái)二fPcDi二"：，-0.5PcC1 = 0.8mm-0$5000”.25,+C2=+1=8.36mm,.1，'：0.85-0.50.25圓整后去，、n=10mm密相段與過渡段連接部分的厚

15、度K=0.5:KPcDi。，二"。，二；6d=t-+C2=+1=3.68mm<10mm,2二：,-0.5Pc:"0.85-0.50.25故取、n=10mm擴(kuò)大段厚度8d=PcD+C2="=+i=9.84mm,C1=0.8mm2司t：，Pc:0.85-0.25取、n=11mm上部封頭壁厚5廣PcD+C2=0*父6000+i=8.83mm,C1=0.8mm2Gti-0.5Pc11"0.85-0.50.25故取6n=11mm；根據(jù)JB/T4737-95橢圓形封頭深度為1500mm直邊高度為50mm(9)氣體分布器氣體分布器是流化床反應(yīng)器的主要構(gòu)件之一，具

16、有支承催化劑、均勻分布?xì)怏w、證催化劑正常流化而不出現(xiàn)溝流，偏流，實(shí)現(xiàn)流化床穩(wěn)定操作、強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)等過程的重要部件。而反應(yīng)器為雙層流化床反應(yīng)器，其中下層采用管式分布器，上層采用板式分布器。分布器的開孔率均為1%(10)分布板壓力降計(jì)算氣體通過分布板的壓力降可用下式計(jì)算：P”黑(10)49式中：己為阻力系數(shù)，其取值范圍為1.52.5;小為開孔率；u為空塔氣速2,_P =2.5= 781.25Pa0.2519.8229.80.012(11)擋板或擋網(wǎng)擋板或擋網(wǎng)是流化床反應(yīng)器的重要構(gòu)件之一，床內(nèi)加設(shè)擋板或擋網(wǎng)后，能夠破壞氣泡的生成和長(zhǎng)大，改善氣體在床內(nèi)的停留時(shí)間分布和兩相接觸，在相當(dāng)程度上減輕氣體返混

17、，從而提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。其一般厚度為26mm(12)內(nèi)旋風(fēng)分離器到廣泛采用。它能將經(jīng)過床層反應(yīng)后氣體中夾帶的固體顆粒分離出來, 化劑的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。內(nèi)旋風(fēng)分離器是裝在反應(yīng)器內(nèi)部的氣固分離器，目前在流化床反應(yīng)器中已得以減少催內(nèi)旋風(fēng)分離器的圓筒直徑取2ml選型可以參照下表進(jìn)行:表1-2內(nèi)旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器型式進(jìn)口形狀及位置器身形狀及尺寸型式進(jìn)口寬度進(jìn)口高度排氣管直徑圓筒高度圓錐高度排灰口直徑CLlffi切線直入0.40.80.622.52.50.4(13)裙座裙座結(jié)構(gòu)有圓筒形和圓錐形兩種形式，均由裙座筒體、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓座、人孔、排氣孔、引出管通道、保溫支承圈等組成。(14)排氣孔和排氣

18、管塔設(shè)備運(yùn)行過程中有可能有氣體逸出，積聚在裙座與塔底封頭之間。若該氣體易爆、有毒或腐蝕，對(duì)進(jìn)入裙座的檢修人員造成傷害。因此必須在裙座上部設(shè)置排氣管或排氣孔。無保溫層的裙座上部應(yīng)均勻設(shè)置排氣孔，排氣孔規(guī)格和數(shù)量按表規(guī)定。表1-3排氣孔規(guī)格參照表塔式容器內(nèi)直徑(mm600120014002400>2400排氣孔尺寸(mm小80小80小100排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離(mm140180220有保溫層的裙座上部應(yīng)按圖所示均勻設(shè)置排氣管，排氣管規(guī)格按表的規(guī)定。圖1-1裙座上的排氣管結(jié)構(gòu)表1-4排氣管規(guī)格參照表塔式容器內(nèi)直徑(mm600120014002400>2400排氣孔尺寸(mm89X489X4108X4排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離(mrm140180220(15)隔氣圈當(dāng)塔式容器下封頭的設(shè)計(jì)溫度大于或等于400c時(shí)，在裙座上部靠近封頭處應(yīng)設(shè)置隔氣圈，隔氣圈分為可拆和不可拆兩種。本裝置選用比較經(jīng)濟(jì)的碳素鋼為材料，選用內(nèi)徑為100mmj排氣管，而反應(yīng)器反應(yīng)溫度為550C,故在裙座上部靠近封頭處設(shè)置隔氣圈。(16)裙座人孔人孔裙座用于維修