華中賽區(qū)鄭州烯酯浪1設(shè)計(jì)集4 1反應(yīng)器

第一章概 過程設(shè)備類 過程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的主要內(nèi) 第二章反應(yīng)器設(shè) 固定床反應(yīng) 流化床反應(yīng) 移動(dòng)床反應(yīng) 各類反應(yīng)器區(qū) 第三章催化劑的選 醋酸鋅－活性炭催化 醋酸鋅系變形催化 醋酸鋅系以外的催化 醋酸鋅－活性炭催化劑活性的影響因 反應(yīng)方程 反應(yīng)動(dòng)力 原料的主要熱力學(xué)和物化性 反應(yīng)機(jī) 反應(yīng)方程 催化劑參 反應(yīng)器類型的選 工藝條件的選 反應(yīng)溫 反應(yīng)壓 體積空 反應(yīng)器進(jìn)出物流信息 反應(yīng)器計(jì) 催化劑體積計(jì) 催化劑床層直 催化床層高 反應(yīng)器管 催化劑床層壓力降核 反應(yīng)器多物理場(chǎng)耦合模 反應(yīng)器殼體內(nèi) 反應(yīng)器殼體外 反應(yīng)器筒體壁厚計(jì) 熱量衡 取熱介質(zhì)選擇及用 換熱面積校 反應(yīng)器接管設(shè) 反應(yīng)物料進(jìn)料 反應(yīng)物料出料 冷卻介質(zhì)殼程接 反應(yīng)器封頭設(shè) 支座與附件設(shè) 折流板設(shè) 拉桿設(shè) 接管法 容器法 反應(yīng)器管板、管箱、反應(yīng)列管的連接結(jié)構(gòu)設(shè) 管板厚 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)匯 強(qiáng)度校 強(qiáng)度校核結(jié)果匯 反應(yīng)器裝配 罩、F1型浮閥和浮閥塔塔盤系列等，它們已經(jīng)有了國家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)非標(biāo)設(shè)備，向2～15mm左右，堆積①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器(見圖2-1)。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床③管式固定床反應(yīng)器（見圖2-3）。反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或25～50mm式固定床反應(yīng)器(見圖2-4)，反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以便 2-12-2 圖2-3列管式固定床反應(yīng) 圖2-4多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)；流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于（1一類是有（2常見的流化床如下圖2-5所示：圖2-5流化床反應(yīng)器工作示意圖移動(dòng)床與固定床相似，不同的是固體顆粒自頂部連續(xù)加入，由底部卸出.整工藝中的移動(dòng)床反應(yīng)器。如下圖2-6所示2-62-11922度和選擇性作了大量的研究又提出了醋酸鋅系變形催化劑和醋酸鋅系以外的催大的甚至可達(dá)2000m2/g。20－30?之間分布，在此范圍的為了防止堵塞現(xiàn)象，有研究者考慮用丙二酸、丁二酸、戊二酸或庚二酸等脂肪國內(nèi)近年來吉林化學(xué)纖維研究所研究過ZnO－ZnCl2－活性炭催化劑，并進(jìn)行了入了ZnCl2，Cl-對(duì)設(shè)備的腐蝕性還不清楚，從而限制了該催化劑的推廣。改善了活性炭表面極性基團(tuán)的活性;也有將1~3倍的活性白土混入活性炭以提250℃下反應(yīng)，具有很高的活性，但因反應(yīng)溫度高、成本高、活性CdZn的硅酸鹽催化劑及鋁酸鋅等催化劑，也未見ZnOZnCIPbO為助催化劑，硅膠作為載合物有毒性對(duì)環(huán)境污染大，BiCdZn化合物價(jià)格影響醋酸鋅活性炭催化劑活性的因素主要有以下幾種醋酸鋅－活性炭催化劑的催化作用，不只是Zn(Ac)2的作用，單獨(dú)使用Zn(Ac)2Zn(Ac)2浸漬在活性炭上才能有催化作載量有一個(gè)最佳值。當(dāng)Zn(Ac)2載量在這個(gè)峰值以下時(shí)，反應(yīng)中醋酸轉(zhuǎn)化率隨Zn(Ac)2載量的增加而增加:Zn(Ac)2的載量，醋酸轉(zhuǎn)化率反根據(jù)滿谷昭夫?qū)ψ顑?yōu)載鋅量的解釋是:催化劑的比表面隨Zn(Ac)2的進(jìn)一步增加而急劇下降在最優(yōu)值附近Zn(Ac)2分子所占的比表面大體上等于活性炭的表乙炔與水作用二醋酸亞乙酯分解醋酸鋅分解Zn(OCOCH3)2二醋酸亞乙脂分解醋酸鋅分解Zn(OCOCH3)2由乙炔生成3C2H2丁二炔水合生成1－炔，3－丁酮16.6℃（289.6117.9℃(391.21.0539℃，爆炸極4%～17%（體積。純的醋酸在低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)凍結(jié)成冰狀晶體，所以無水乙酸CH2CCH2H29870KJ/

Tnn24p12n n 4p

K12K123280℃K34-1 CabTcT2dT2fT3卡/摩P acdfA.E.Cornelissen，古川等認(rèn)為，首先在第族過渡金屬離子上乙炔與之配位結(jié)r 1K1pHOAcK3 ET TK1 K3FAFA0(1xA

V

X

RBX

rA

FA0dxAB(rAFCdTd2(r)HdlUdTTt 4 dA B(rA d2 K (r)H TT F4t A S d2 KB——kgB——xA0——ARRK——總傳熱系數(shù)，Wm2K二醋酸亞乙酯分解醋酸鋅分解Zn(OCOCH3)25-12(g·ml-(g·ml-(ml·g-小球，催化劑中醋酸鋅的含量為50-300g/L。5-1℃豆醛、乙醛等有害雜質(zhì)增多，影響產(chǎn)品質(zhì)量，反應(yīng)溫度一般不超過200℃。20~100KPa，考慮到壓力對(duì)于副反應(yīng)的影響程度，以及醋酸乙烯轉(zhuǎn)化率的要求，選擇100Kpa的反應(yīng)壓力確定適宜的空速。適宜的空速在1000-1500h-1左右。宜。本工藝采用的摩爾比為4。5-21111質(zhì)量流量（kgh體積流量（m3h0 1.45106 M床 10 V床M96.671000 u為空床氣速，取D D=4.5mV床空間D2L3.14526.5 給定管子50×2mmdt=40mm0.04m7m劑填充高度L為6.5mnV床d

4 12931pP 115011.75Gp g

3 式中P——kg

kg/(m2s)kg/m3g——重力加速度，m/——本次設(shè)計(jì)選用催化劑為2mm的球狀催化劑顆粒，根據(jù)Aspen模擬得到水力學(xué)數(shù)據(jù)可知混合氣體的密度為0.9300kg/m3 ，粘度1.3510-5Pas=0.4，H6.5m，GmA

mnd

80820.3/12931

1.3816kg/(m2 P2.0703kg/m32106MPa＜15%0.4MPa使用COMSOLMultiphysics對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合計(jì)算。在計(jì)算過程5-35-45-55-65-7COMSOL模擬計(jì)算結(jié)果可知，醋酸乙烯濃度分布均勻，且轉(zhuǎn)換率和t1.25d01.25455-85-8nc

Dtnc1D0tnc12e56.251251245力容器用低合金鋼板》規(guī)定，腐蝕裕量C2=2mm，焊接方式選用雙面焊接，100%無損探傷，所以焊接系數(shù)φ=1。最大操作溫度取T=180℃，Q245R的許用壓力[σ]t124MPa(3-

0.12 21241S0C1C210.610.8213.41mm，圓整后取S0=14mm，0S06%146%0.84mm>0.8mmC1=0.8mm則反應(yīng)器可以用厚度為14mm厚的Q245R(GB713)低合金鋼制作，所以反應(yīng)器外徑D50001425028mm。0反應(yīng)器殼程走取熱介質(zhì)，我們選用加壓水作為冷卻介質(zhì)，壓力大約在0.9MPa，入口溫度為145℃。殼程筒體材質(zhì)選用Q245R，這是由于反應(yīng)器壓力較小，且管板和管束的安Q245RQ245R也已經(jīng)能滿足設(shè)備強(qiáng)度要求。因此，筒體選用材料為Q245R碳素鋼。根據(jù)GB/T6713-2014GB/T150.2-2011規(guī)定對(duì)鋼板厚度進(jìn)行選擇。焊接方式選用雙面焊對(duì)接接頭，100%無損探測(cè)，焊接系數(shù)為φ=1。5~10mm，200°C131MPa cc

0.188000 4.81mm213110.18查閱筒體標(biāo)準(zhǔn)，最終將壁厚圓整nC1C2en(C1C2) PT1.25pt1.250.18131為145℃、0.9MPa的加壓水，利用水沸騰蒸發(fā)帶走熱量，同時(shí)產(chǎn)生低壓蒸汽。根據(jù)AspenPlus反應(yīng)器模擬結(jié)果，獲得反應(yīng)器進(jìn)出口物料的各項(xiàng)物性參數(shù)，0.9MPa5-3及冷卻介質(zhì)物流物性信息見表5-3。AspenQ=2.31x106kJ/hr反應(yīng)m=Q2.31106kJ/h1128.1kg/冷 2047.7kJ/

dG0 d f exp4.6p1 dt1G——表觀質(zhì)量流速，kJμ——流體粘度，Pa dp——mm

h1℃-1；dt——mmK K

0.04 2.7uLVVr02

dT-T S為：λ=19W/

/

W

K=45.65W/計(jì)算的得換熱面積A

t

實(shí)際換熱面積AndlASPEN8.7×104??3/?。選取進(jìn)入反應(yīng)器之前管口的線速度為40m/s，則反應(yīng)物氣體進(jìn)料管的直徑為：d DN8009.06×104m3/h，選出反應(yīng)器的管口速度40m/s，則物料出口管直徑為：d DN900qm

0.044m3/2S2

0.044

d2 u20.2452 1m/ 36004該反應(yīng)器上下封頭依舊采用Q245R碳素鋼，且為標(biāo)準(zhǔn)封頭。故1 D2K 2 i0.93805~10mm200°C6 2hi ccDi——Pc=0.18MPa1

10.32mm213110.50.18cC10.3mmC22mmcnC1C212.7mm 則PTKDi0.5e75.16MPa0.9s e

D05000

Q345Rhi=1250mm5000mm，壁厚為mm，圓邊高度為1250mm，直邊高度為40mm。采用圓筒型裙座，材質(zhì)為Q345R，裙座與塔體的連接采用對(duì)接式焊接，裙外螺栓作結(jié)構(gòu)形式，螺栓規(guī)格為M36×4，個(gè)數(shù)為20個(gè)。對(duì)于直徑大于1500孔方便檢查，選擇公稱直徑為500mm的人孔。本工藝采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切

NB

1700012塊折流板厚度24mm由于反應(yīng)器選擇的反應(yīng)管是45×2.5mm16mm16mm60mm2×45°32蘭的密封面形式分為平面、突面、環(huán)連接面、凹凸面和榫槽面5種形式。法蘭根據(jù)容器的公稱直徑（即其內(nèi)徑）DNp，確定法蘭的結(jié)構(gòu)類pt及準(zhǔn)備采用的法蘭材料，確定所選法蘭的公稱壓力PN。PNDN，重新確定法蘭的結(jié)構(gòu)類型，以便驗(yàn)證原來根據(jù)設(shè)計(jì)壓力p所初步確定的法蘭類型是否包含有已確定的PN和DNpPN相差0.46MPa。DN=8000mmPN=0.6MP本工藝考慮到反應(yīng)器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動(dòng)及疲勞載管板法蘭通過螺栓連接，螺栓數(shù)目為30個(gè)，材料為35號(hào)鋼。5-42看相關(guān)的SW6-2011源文件。設(shè)計(jì)計(jì)算條 C tC簡圖GB150.3- =2[]t =e=n-C1-C2=n=pT1.25p[]= T0.90s=T=pT.(Die)=T[pw]=(Die)=t =etGB150.3- pT1.25p[0.3000[T0.90s=T=pT.(KDi0.5eh)=T1 D2K 2 i=6 2h iKpch=2[]t0.5 =eh=nh-C1-C2=min=nh=壓力計(jì)算=GB150.3- (試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)焊接接頭系數(shù) 2[]t =e=n-C1-C2=n pT1.25p[] T0.90s T=pT.(Die)=T =iet pc(Die)=tGB150.3- pT1.25p[]0.3000[T0.90s=T=pT.(KDi0.5eh)=T1 D2K 2 i=6 2h iKpch=2[]t0.5 =eh=nh-C1-C2=min=nh=壓力計(jì)[pw]=KD = GB150.3- =2[]t =e=n-C1-C2=n=pT1.25p[]= T0.90s=T=pT.(Die)=T[pw]=(Die)=t =etN1， 條件簡圖℃1200130 1補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)02 接管 N2， ℃120122 1補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)02 接管 N3， ℃120012 1補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)2 設(shè)計(jì)計(jì)算條 筒 C平均金屬溫度C Cmm/mm殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A 2換C管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量EfCts熱管設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Et平均金屬溫度下管子材料彈性模量C2注at(dt換熱管管子回轉(zhuǎn)半徑i0.25d2d2t管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度Cr2Et 比值lcr管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力(Clcr)[] 2t (C )[]=t i1 2 r管板設(shè)計(jì)溫度Cr504管箱法蘭厚度f基本法蘭力矩MpbfDfDi E (管箱圓筒材料波桑比Dh hhe 12(1h管箱圓筒常數(shù)K43(12 法蘭厚度f法蘭外徑與內(nèi)徑之比KDf E (殼程圓筒材料波桑比Ds se 12(1s殼程圓筒常數(shù)K43(12 3膨脹節(jié)總體軸向剛度1換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比QEtEs換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 Etna(EsAsKex EsAsKex管板開孔后面積1 -2 A0.866nS2 (正方形布管 AnS2 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑Dt 4At/ (管板材料波桑比p3D12(12p管子加強(qiáng)系數(shù)K21.318DtEnaEtLK 系數(shù)Al/系數(shù)na/系數(shù)1212Q12)Q) t exLt系數(shù)121 )Qex t( 0000000000000000000000000000pspt00000000000000000000000000psptpt+ptpspspspsptpspspsptMMMtMMpspspsptMMMHtMMpspspspt中部換熱管應(yīng)周邊換熱管應(yīng)換熱管拉脫應(yīng)444444殼體端部總應(yīng)管箱端部總應(yīng)管板名義厚度n管板與換熱管連接拉pspspspspsptpspspspspsptpspspspt =2[]t =e=n-C1-C2=n= =t =et =e=n-C1-C2=n=L=Do=AA=BB=當(dāng)D/20時(shí)，[p] Do/Doe20[p]min{(2.250.0625)B,2o Do/ Do/ Do/設(shè)計(jì)計(jì)算條 筒 C平均金屬溫度C Cmm/mm殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A 2換熱管C管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量EfCts設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Et平均金屬溫度下管子材料彈性模量C2注at(dt換熱管管子回轉(zhuǎn)半徑i0.25d2d2t管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度Cr2Et 比值lcr管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力(Clcr)[] 2t (C )[]=t i1 2 r管板設(shè)計(jì)溫度Cr004管箱法蘭厚度f法基本法蘭力矩M蘭pbfDfDi E (管箱圓筒材料波桑比Dh hhe 12(1h管箱圓筒常數(shù)K43(12 法蘭厚度f法蘭外徑與內(nèi)徑之比KDf E (殼程圓筒材料波桑比Ds se 12(1s殼程圓筒常數(shù)K43(12 3膨脹節(jié)總體軸向剛度1換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比QEtEs換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 Etna(EsAsKex EsAsKex管板開孔后面積1 -2 A0.866nS2 (正方形布管 AnS2 計(jì)算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑Dt 4At/管板開孔抗彎剛 E (管板材料波桑比D 12(12p管子加強(qiáng)系數(shù)K21.318DtEnaEtLK 系數(shù)Al/系數(shù)na/系數(shù)1212Q12)Q) t exLt系數(shù)121 )Qex t( 0000000000000000000000000000pspt00000000000000000000000000psptpt+ptps