流化床反应器的设计定稿版

精心整理mf U R =1000p d ep ρμ>mf U R =20p d ep ρμ<吨烯烃流化床反应器设计年产3.5万1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/m 3 催化剂装填密度为750kg/m 3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/m 3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为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U mf 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()2U 1650p p mf d gρρμ-=（1）对于的大颗粒()1/2d U 24.5p p mfg ρρρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（2）式中：d p 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R ep <20，将已知数据代入公式（1）， 校核雷诺数：将U mf 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 rmf ＜0.13；聚式流化，F rmf ＞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U t 其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度U t ，其计算公式如下式所示：当U R =0.4d p tepρμ<时，2U 18d g p p t ρρμ⎛⎫- ⎪⎝⎭=（3）当U 0.4<R=500d p tepρμ<时，221/34U d225g p t p ρρρμ⎡⎤⎛⎫- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（4）当U R=500d p tepρμ>时，1/23.1d U g p p t ρρρ⎡⎤⎛⎫- ⎪⎢⎥⎝⎭=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（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U t ，因此用d p =60μm 计算带出速度。

课程设计说明书武汉工程大学化工与制药学院课程设计说明书课题名称年产xxxx吨三氯氢硅流化床反应器设计专业班级15级化工7班学生学号12学生姓名吴元欣学生成绩指导教师戢峻课题工作时间12月28日～1月12日武汉工程大学化工与制药学院课程设计任务书专业化学工程与工艺班级15级化工7班学生姓名吴元欣发题时间：20158年12 月28日一、课题名称年产xxxxx吨三氯氢硅流化床反应器设计二、课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）本设计所需的三氯氢硅资料和计算所用相关手册、工具书，及计算机、打印机设备等具备；指导教师具有多年的课程设计指导经历。

设计任务根据设计条件，通过物料衡算、热量衡算，反应器的选型、催化剂的用量等，设计出符合生产要求的反应器，并绘制出氯乙烯反应工段的流程图与反应器设备的工艺条件图。

四、设计所需技术参数年产量：xxxx吨/年，年工作日：330天（即年工作8000小时），,一年内的约35天用于固定的停车设备检修及紧急情况处理；工艺：自定，建议硅氢氯化法；原料组成（wt%）3103级金属硅，主要成分：Si含量：%，H2O含量：%，杂质%，硅粉的粒径dp：100~150μm，计算中取dp=125μm。

氯化氢气体。

主要成分：HCl含量：%，Cl2含量：1%，H2O含量：%，黏度μ=×10-5m/s，氯化氢气体在反应温度和压力下的密度算法示例如下：氯化氢气体在反应温度和压力下的导热系数λ=反应器设计条件：流化数K=28，,反应器带出的尘粒粒径不大于80μm，，流化床坠底锥角为90°，流化床过渡段锥角度为a=158º，本设计中流化床换热分别采用半圆管夹套换热器和列管换热器。

五、设计说明书内容1. 概述2. 三氯氢硅的生产工艺3. 工艺方案和反应器型式的确定4. 物料衡算与热量衡算5. 流化床反应器设计6. 安全与环保设计说明7. 结论8. 参考文献9. 附图附图1. 三氯氢硅合成工段流程图附图2. 流化床反应器装配图六、进度计划第一阶段：12月28日～1月4日工艺计算与设备计算第二阶段：1月5日～1月12日绘图、撰写设计报告，答辩摘要该课程设计为三氯氢硅流化床反应器设计，设计流程为：首先通过物料衡算计算得出年产xxxx吨所需的原料量。

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：翟鹏飞肖畅裴一歌徐嘉星廖鹏飞田仪长指导教师: 丽丽完成日期：2015年12月10日指导教师评语：_______________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________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/h2操作气速的选择流化床的操作气速U0=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:pt n V U V D T 1013.02732734.2240⨯+⨯⨯==πV-气体体积流量，m 3/s U 0-流化床操作气速，m/ss m h m V /83.6/33.246001013.01013.027********.225.42033==⨯+⨯⨯=m U V D T 81.36.014.383.64401=⨯⨯==π 即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=3.9m3.2 稀相段直径的确定稀相段直径和密相段直径一样，即D T1=3.81m 即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.9m3.3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。

一、前言甲醇制烯烃介绍乙烯和丙烯是现代化学工业的重要基础原料现有低碳烯烃生产技术严重依赖石油资源，其中乙烯主要来源于石脑油蒸汽裂解，而丙烯则主要来源于石脑油裂解副产和炼油厂催化裂解副产由于石油资源的有限性和昂贵的价格，世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯等低碳烯烃的技术开发，其中以天然气或煤为原料经甲醇制取低碳烯烃技术逐渐成为研究开发的热点甲醇制烃类（MTH）过程的研究已有30年，根据最终产品种类分为MTO工艺和MTP工艺。

流化床反应器比较适用于强烈放热、催化剂易于失活的甲醇制烯烃反应过程。

在流化床反应器中工业催化剂除具有良好的活性、产品选择性和稳定性外，还必须满足一定的粒度分布要求并具有良好的流化性能和耐磨性。

Keil对固定床和流化床反应器进行了对比分析，认为在甲醇转化制烃类反应中流化床与固定床相比，由于甲醇制烯烃反应属于强放热反应，流化床反应器的传质、传热效果好，升温降温时温度分布稳定，催化剂可以连续再生，反应器单位产能大，单位投资低、在 MTO反应过程中适宜采用流化床反应器形式更具优势。

Bos从反应动力学的角度比较了常见的反应器形式，认为在甲醇制烯烃反应（MTO）中快速循环流化床和湍床是较为适合生产乙烯的反应器。

生产方法我们采用的是以低级烯烃为主体的混合气体系。

甲醇制低碳烯烃的反应产物大致有CH3OH、H2O、CH3OCH3、H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H8、C4H10和C5及以上组分，反应体系相当复杂，存在着多个副反应。

而在化学反应中，催化剂只能改变达到(或接近)平衡状态所需要的时间。

不能改变平衡状态的组成。

基于催化剂的这一特性，为了使计算简化，更好地讨论目标产物的平衡组成．在对计算结果影响不大的前提下，提出如下假设：1、二甲醚作为中间产物能够迅速转化生成烃，体系中二甲醚浓度可近似认为是零；2、因反应器中，压力接近常压，温度比较高，故反应混合物按照理想气体处理；3、在MTO研究初期，主要以ZSM-5为催化剂时，产物中C5及以上组分的含量是不容忽视的，然而目前SAPO-34已成为公认的MTO催化剂，以SAPO-34为催化剂时，因SAPO-34孔径较小，产物中C5及以上组分含量很少，所以忽略不计，可认为烃类产物为C1~C5的低碳烃；4、甲醇氧化制乙炔和丙炔的合适反应温度为650～700 K,水/ 醇摩尔比为，而MTO反应中，反应温度为670～770 K，且含有水，所以反应体系生产的乙炔、丙炔量极少，极少的乙炔、丙炔又与H2生成烷烃，因此体系中乙炔、丙炔浓度可近似认为是零；5、反应中，生成的醛酮等氧化物极少，因此也忽略不计；6、在合成工段，由于选择了含水5%的甲醇进料，一定程度上能减少焦炭的生成，反应物中水的作用之一是稀释了进料，减少了焦炭前驱物的浓度，即一定程度上有利于催化剂寿命的延长，之二是由于水与焦炭前驱物在酸性位的吸附上有一个竞争关系，因此会减少焦炭前驱物进一步生成焦炭的可能性，一定程度提高低级烯烃选择性。