目录固定床列管式反应器1的设计：一、反应器选择及操作条件说明 (3)二工艺计算 (5)2.1 催化剂用量 (5) (6)2.2 反应器列管数 (6)2.3换热面积三设备尺寸计算 (7)3.1反应器筒体直径 (7)3.2反应器高度 (8)3.3筒体和封头厚度 (8)四接管零部件尺寸计算 (9)4.1进料管 (9)4．2 出料管 (10)4．3 熔盐进出口 (10)4.4安全阀 (10)4.5 温度计接管 (11)4.6孔 (11)五设计结果汇总 (12)1六参考文献： (13)固定床列管式反应器1的设计:一、反应器选择及操作条件说明 (14)二工艺计算 (16)2.1 催化剂用量 (16) (17)2.2 反应器列管数 (17)2.3换热面积三设备尺寸计算 (18)3.1反应器筒体直径 (18)3.2反应器高度 (19)3.3筒体和封头厚度 (19)四接管零部件尺寸计算 (20)4.1进料管 (20)4．2 出料 (21)4．3 熔盐进出口 (21)4.4安全阀 (22)4.5 温度计接管 (22)4.6孔 (22)五设计结果汇总 (23)六参考文献： (24)2固定床列管式反应器1的设计一、反应器选择及操作条件说明A反应器选择：本工艺反应为气固相反应，返混程度不高，为了很好的控制温度，使传热的面积更大，我们选择了列管式固定床形式。
它的优点有：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性；②催化剂机械损耗小；③结构简单。
它的投资和操作费用介于绝热固定床和流化床之间，气相两步氧化法生产丙烯酸比较理想的反应设备。
B操作条件说明：1.反应方程式：CH2CHCH3+O2→CH2CHCHO该步骤中会有副反应发生，副反应产物为乙酸和丙酸等。
进料状态:丙烯是液态进料，经过丙烯蒸发器后变为气体进入预混合器，空气经过空气压缩机进入预混合器，水直接以液态水形式进入预混合器。
2.工艺条件确定：使用Mo-Bi系列催化剂。
在温度为325℃时候单程的丙烯醛收率为90.2％，丙烯酸的收率为6.0％，总收率为96.2％。
原料组成反应器一的物料衡算表格可以确定。
反应温度控制在320℃左右，出料温度为250℃，该反应是放热反应，反应产生的热量要及时通过熔盐经熔盐换热器带走。
反应温度反应温度对选择性、空时收率及出口气中各组分气体含量有一定关系。
当选择操作温度比较低时，反应的选择性较好，但空时收率较低；随着温度的升高，反应选择性略有下降，与此同时空时收率在逐渐提高。
温度继续升高，由于完全氧化副反应的加剧，使得反应选择性明显下降，而且因为大量的氧气被消耗在完全氧化副反应上，使得反应器出口气中氧气的含量大幅度地减少，并有一定量的一氧化碳生成，而一氧化碳的存在可使催化剂3的活性减退，这样必然使得空时收率产生明显下降。
因此，丙烯酸合成过程存在着一个最适宜的操作温度范围，并且随着使用催化剂活性的不断下降，需要相应地将操作温度逐渐提高。
反应压力在丙烯酸地合成过程中，由于原料的单程转化率较低，丙烯的单程转化率一般较低。
因此，需要有大量的气体物料在系统内循环。
丙烯酸合成反应属于分子数减少的反应，增加压力有利于反应向生成丙烯醛和丙烯酸方向进行，同时加压使反应物的浓度提高，有助于反应速度的加快，这样就使得反应的空时收率能有所提高。
因此，提高压力不仅可使空时收率提高，而且有利于反应选择性的改善。
但是，当压力过大时容易有二聚体的出现，不利于得到所需产品。
当然压力的提高要受到设备条件的约束，设备的投资费用随着压力的升高而提高。
3.已知物性参数由物料衡算得到如下表格：45其中进料的总质量流量为25617.8 kg/h ，摩尔流量为887.732kmol/h.出料的总质量流量为25617.8 kg/h ，摩尔流量为88,2.834kmol/h.二 工艺计算2.1 催化剂用量此工艺采用列管式固定床反应器，催化剂填充于反应器的列管当中。
催化剂为钼-铋催化剂，圆形，粒度为Φ5.2mm ，催化剂的空速为95h -1。
下面是反应方程式：CH 2CHCH 3+O2→CH 2CHCHO由《物料衡算》中可得，原料进料总的质量流量为25617.8kg/h,在该条件下进料的平均密度为6.25kg/m 3由公式：vV V f R上式中:R V 为催化剂床层体积，单位为m 3；6fV 为原料气体体积流量，单位为m 3/h ；v 为催化剂空速，单位为h -1。
故得：)(15.4325.6958.256173m V R =⨯= 2.2 反应器列管数给定管子为Φ30mm ×2.5mm ，故内径d t 为0.02m ，催化剂填充高度为3.5m 。
故列管数)(251285.3)025.0(415.43422根=⨯⨯==ππLd V n t R 列管采用正三角形排列，实际取的管数为25200根。
2.3换热面积2.3.1热量衡算:由aspen 模拟可得：对于该反应，反应吸收的总热量为：10993817KJ/h;反应放出的总热量为:17299022KJ/h. 因此对于该反应实际放热量为：17299022-10993817=6305205KJ/h 反应的传热系数为K=130.5 2.3.2核算换热面积熔盐进口温度325℃出口温度为250℃，整个床层近似地看成等温为330℃， 故传热推动力为：C t m 5.422)325330()250330(=-+-=∆7需要传热面积为：285.11365.425.1306305205m t K Q A m =⨯=∆=需实际传热面积为：270.6923252005.3025.014.3m Ln d A t =⨯⨯⨯==π实A 实>A 需，能满足传热要求。
三 设备尺寸计算3.1反应器筒体直径列管式反应器壳体直径用下式计算：D =t(b-1)+2e上式中:t ——列管管间距，对于正三角形排列t=1.368d 0，d 0为列管外径； b ――最外层六边形对角线上的管数,b=2a+1,a 为六边形层数,21)312(6121--=n a , n 为列管数；e ――最外层列管到壳体距离，e=(1~1.5)d 0。
列管为Φ30mm ×2.5mm ，共25200根。
所以t=1.368×0.025=0.0342(m))(9121)32520012(6121层=--⨯⨯=ab=2×91+1=183(根)8e=1.5×0.025=0.0375(m)D =0.0342(183－1)+2×0.0375=6.299(m) 取反应器壳体直径 D =6.3m3.2反应器高度列管长度:由工艺计算中可知,列管长度L =4.55m ； 筒体顶部空间：根据《压力容器手册》，H a =1m ； 筒体底部空间：根据《压力容器手册》，H b =2m ；封头高度：采用EHA 椭圆形封头，根据JB/T 4746—2002可得，曲面高度H 1=1000mm ,直边高度H 2=50mm ,则封头高度 H c =2×（1.0+0.05）=2.1m 。
由于反应器下部用于对反应出料的降温，根据西安华威公司提供的相关材料可知气用于降温部分的长度为2.2m 。
由以上可得：反应器高度H=L+H a +H b +H c +H T=4.5+1.0+2.0+2.1+2.2 =11.8m3.3筒体和封头厚度化工生产中的容器壁厚可根据下式计算：ppD S i-=ϕσ][2式中：S——容器计算厚度，mm；P——设计压力，MPa；Di——筒体内直径，mm；[σ]——材料的许用压力，MPa；ϕ——焊缝系数。
本反应器材质选择不锈钢0Cr18Ni9，查GB150可知，材料的许用压力为82.6MPa；采用双面焊对接焊缝，焊缝系数取0.85；由工艺计算中可知，反应器设计压力为0.4MPa，筒体内直径为6300mm。
所以筒体的计算厚度mm S48.133.085.06.82263003.0=-⨯⨯⨯=查GB708可知，厚度负偏差C1=0.22mm，腐蚀裕量C2=2mm，故筒体的名义厚度δ=S+C1+C2=13.48+0.22+2=15.7mm 取圆整后，则筒体的名义厚度为16mm。
封头厚度与筒体厚度等同。
四接管零部件尺寸计算4.1进料管由《物料衡算》中可知，进料流量smVf/685.33=；根据《常用化工单元设计》书中P81，常压操作时，可取12~20m/s；绝对压力为6000~14000pa时，可取30~50m/s；绝对压小于6000pa时，可取50~70m/s。
由于进料部位的气体密度较小设进料流速为30m/s。
910则进料管直径m u V d ff396.03014.3685.344=⨯⨯==π由以上计算，选取公称直径400mm ，Φ426mm ×8mm 的进料管。
管法兰选用PL400(B)-0.25RF ，外加补强圈，型号为DN200-Q235-B JB/T4736。
4．2 出料管由《物料衡算》中可知，出料流量s m V f /775.63=，管流速fu 同样取30m/s,则出料管直径m u V d ff536.03014.3775.644=⨯⨯==π由以上计算，选取公称直径550mm ，Φ569mm ×9.5mm 的出料管。
管法兰选用PL400（B ）-0.25RF ，外加补强圈，型号为DN200×6-B-Q235-B JB/T4736。
4．3 熔盐进出口最大撤热量为：27.22MW同4.1、4.2，熔盐流量s m V f/23.03=，管流速s m u f /2=，熔盐进出口直径 mu V d ff383.00.214.323.044=⨯⨯==π由以上计算,选取公称直径400mm,Φ426mm ×8mm 的接管。
管法兰选用PL400(B)-0.25RF ，外加补强圈，型号为DN200×6-B-Q235-B JB/T4736。
4.4安全阀由本设计设计压力为180Kpa,额定排放压力为180KPa ，参考化工设计手册，选公称11直径为100mm ，Φ108mm ×4mm 的接管，接管距轴500mm 。
管法兰选用PL100（B ）-0.25RF 。
查法兰标准：D=210mm ，C=18mm 。
故mm l 46.14518500)41000(5.020006545.0395)410020009045.0(2222=+-+⨯-⨯--++⨯=取管长L 为150mm 。
4.5 温度计接管采用外用接管，内用无缝钢管，参照化工设计手册，外接管为Φ45mm ×3.5mm ，L=137mm ，无缝钢管为Φ32mm ×3.5mm ，长度L=1630mm 。
