流化床反应器的设计定稿版
流化床反应器的设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
丙烯腈流化床反应器的设计
学院：化工与药学院
班级: 2012化学工程与工艺1、2班
学生姓名：翟鹏飞肖畅裴一歌
徐嘉星廖鹏飞田仪长
指导教师: 张丽丽
完成日期： 2015年12月10日
指导教师评语：
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________________________________________________ 成绩:
教师签名:
目录
1 设计生产能力及操作条件 (1)
2 操作气速的选择 (1)
3 流化床床径的确定 (1)
3.1 密相段直径的确定 (1)
3.2 稀相段直径的确定 (2)
3.3 扩大段直径的确定 (2)
4 流化床床高 (2)
4.1 流化床的基本结构 (2)
4.2 催化剂用量及床高 (3)
5 床层的压降 (4)
6 选材及筒体的设计 (4)
7 封头的设计 (5)
8 裙座的选取 (5)
9 水压试验及其强度校核 (5)
10 旋风分离器的计算 (5)
11 主反应器设计结果 (6)
丙烯腈流化床反应器的设计
1 设计生产能力及操作条件
反应温度为：440℃
反应压力为：1atm
丙烯腈氨氧化法催化剂选用：sac-2000
催化剂粒径范围为：44～88μm
催化剂平均粒径为：50μm
催化剂平均密度为：1200kg/m3
催化剂装填密度为：640kg/m3
催化性能：丙烯腈单收>78.0%；乙腈单收<4.0%；氢氰酸单收<7.0%
耐磨强度<4.0wt%
接触时间：10s
流化床反应器设计处理能力：420.5kmol/h
2 操作气速的选择
流化床的操作气速U
=0.6m/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 流化床床径的确定
3.1 密相段直径的确定
本流化床反应器设计处理能力为420.5kmol/h原料气体,根据公式:
V-气体体积流量，m3/s
-流化床操作气速，m/s
U
即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=3.9m
3.2 稀相段直径的确定
=3.81m
稀相段直径和密相段直径一样，即D
T1
即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.9m
3.3 扩大段直径的确定
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，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。即:
将流速带入公式中:
即流化床反应器扩大段的公称直径为DN=5.4m
4 流化床床高
4.1 流化床的基本结构
床高分为三个部分，即反应段，扩大段以及锥形段高度。
4.2 催化剂用量及床高
催化剂的总体积V R （m 3）是决定反应器主要尺寸的基本依据。原料气体处
理
量为V=6.83m 3/s 。其中静床高度计算式为：
催化剂堆体积为：33.681083.6m t V V r =?=?=接触气体
催化剂质量为：kg V m r 437123.68640=?=?=堆催化剂ρ
故静床高度为：
密相段的高度：m H H mf 4.117.5221=?==
稀相段的高度：m D H T 8.79.32212=?==
即反应段的高度为：m H H H 2.198.74.1121=+=+= 扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即m H 8.13
14.53=?= 反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120°。
由三角函数，过渡段高度为：
锥形段取锥底角为40o
,取锥高为H 5=1.2m ，其锥底直径为1.5m 。由此可
得，流化床床高： 其高径比为：
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 选材及筒体的设计
流化床反应器的操作温度为440摄氏度，操作压力为0.1Mpa ，设计温度为500摄氏度，设计压力为0.11Mpa 。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 。流化床的计算厚度：
考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的名义厚度为,流化床筒体的有效厚度为:mm C n e 3=-=δδ
筒体的应力按下式进行计算：
许用应力[]Mpa Mpa t
56.718585.0100>=?=φδ,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5mm 。
锥形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5mm。
7 封头的设计
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0.11Mpa，设计温度为440摄氏度，腐蚀裕量为2mm，封头焊缝系数为0.85。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。形状系数为K=1.0。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5mm。
8 裙座的选取
裙座的厚度取20mm,高度为1m。
9 水压试验及其强度校核
水压试验的试验压力P
=1.25P=0.1375Mpa。水压试验时壁内应力为：
T
=137Mpa，计算已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为R
eL
0.9R
=123.3Mpa
eL
可以知道水压试验时筒体壁内应力小于0.9R
，水压试验安全。
eL
10 旋风分离器的计算
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。已知催化剂颗粒直径范围为44μm～88μm，从反应器=23.78m/s。
出来的气体流速u
i
一级分离器直径计算：
标准旋风分离器N=5
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。
11 主反应器设计结果
主反应器最终设计结果如下：
项目名称主反应流化床反应器
操作介质丙烯、氨气、氧气
操作流量 m3/s 6.83
操作压力 MPa 0.11
操作温度℃440 密相段气速 m/s 0.6 密相段直径 m 3.9 密相段高度 m 11.4 稀相段气速 m/s 0.6 稀相段直径 m 3.9 稀相段高度 m 7.8 扩大段气速 m/s 0.3 扩大段直径 m 5.4 扩大段高度 m 1.8 过渡段高度 m 0.43 锥形段 m 1.2