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化工厂装置的设备选型与设计原则化工厂装置的设备选型与设计原则是确保化工生产过程的高效运行和安全性的重要环节。
本文将从设备选型和设计原则两个方面进行探讨。
一、设备选型在化工厂装置的设备选型中，需要考虑以下几个方面。
1. 工艺要求：根据生产工艺的要求，选择适合的设备。
不同的化工生产过程需要不同的设备，如反应器、蒸馏塔、搅拌槽等。
设备的选型要满足工艺参数和操作要求，确保生产过程的顺利进行。
2. 材料选择：根据介质的性质选择合适的材料。
化工生产中，介质的性质可能包括高温、高压、腐蚀性等特点，因此设备的材料选择非常重要。
选用耐腐蚀、耐高温、耐压的材料，能够提高设备的使用寿命和安全性。
3. 设备性能：考虑设备的性能指标，如传热效率、传质效率、能耗等。
设备的性能直接影响到生产效率和产品质量，因此在选型时需要综合考虑。
4. 经济性：设备选型还需要考虑经济性因素。
选择性价比高的设备，能够降低投资成本和运营成本，提高企业的经济效益。
二、设计原则化工厂装置的设计原则是确保设备的安全性和可靠性，保障生产过程的顺利进行。
1. 安全设计：化工装置的设计必须考虑安全因素。
包括设备的结构强度、防爆措施、防火措施等。
在设计过程中，需要充分考虑设备的安全性，采取相应的措施确保操作人员和设备的安全。
2. 可维护性设计：设备的维护保养对于化工装置的正常运行至关重要。
因此，在设计过程中要考虑设备的可维护性，包括易于拆卸、易于清洁、易于更换等方面的设计。
3. 节能设计：化工生产过程中，能源消耗是一个重要的成本。
因此，在设计过程中要考虑节能措施，如合理利用余热、采用高效传热设备等，以降低能源消耗。
4. 环保设计：化工生产对环境的影响是不可忽视的。
在设计过程中要考虑环境保护因素，选择环保设备和工艺，减少废水、废气、废渣的排放，保护环境。
5. 灵活性设计：化工生产过程中，市场需求和工艺技术可能会发生变化。
因此，在设计过程中要考虑设备的灵活性，方便进行工艺调整和设备改造。
反应器选型与设计完结版
一、引言
反应器是化工加工中的重要设备，它在化学反应的过程中起着导向作用，有效地控制反应过程的进程、反应条件、反应热的产生与排除等，是
控制化学反应的重要设备。
二、反应器选型
1、根据反应物的特性：要选择最适合反应物的反应器，在有毒、易
挥发、易爆炸、有腐蚀性的反应物情况下，必须选择耐腐蚀、耐高温、不
易爆炸的反应器结构材料。
2、根据反应产物的特性：需要根据反应产物的性质，比如油，需要
选择排油口和排液口设备，或者选择水冷却反应器来降低温度；而对于反
应产物较稠的液体，则需要搭配搅拌机和负压反应器等特殊设备进行反应。
三、反应器设计
1、基本原则：反应器的设计是根据反应特性以及其他工艺运行参数
而定，要求反应器的容量设计得适当，尽量减少污染；反应过程要安全可靠；反应器结构材料要满足材料寿命和安全要求；反应器的运行参数要符
合反应要求。
2、常用反应器设备：常见的反应器设备有热气流反应器、攪拌式反
应器、膜式反应器、萃取反应器、反应罐、多反应器系统等。
3、设备设计依据：反应器设备要求反应物的比例、反应温度、反应
时间、反应产物的性质和量。
反应器的选型反应器是化学工程中不可或缺的重要设备，是化学反应过程中完成反应的主体，直接关系到工艺的效率和成本等问题。
选型合适的反应器对于工艺的成功实施具有至关重要的作用。
选型原则选型反应器的目的是为了满足化学反应的需求，使得反应过程更为充分、稳定和安全。
在选型时应该考虑以下几个方面：反应类型和物理性质反应类型和物理性质是基本的影响反应器选择的方面。
比如反应的温度、压力和化学制品、催化剂等的物理性质。
不同的反应类型需要不同的反应器，比如液相、气相和固相反应等。
体积和热传递反应体积和热传递也是选型反应器时需要考虑的因素。
不同的反应需要的反应器体积大小不同，而反应的体积大小又直接关系到反应速率和转化率等问题。
同时，热传递也是一个非常重要的因素，在高温反应时，需要选择耐高温的材料，并且需要对反应器进行高效的加热或冷却。
填料和流动方式填料和流动方式也是选型反应器所需考虑的因素。
填料可以增加反应器的反应面积，从而提高反应效率。
而流动方式可以改变反应器内部液体的流动状态，从而提高反应物的混合程度。
安全性反应器的安全性同样需要考虑。
反应器需要保证稳定运行，在工艺参数的控制下，消除任何可能发生事故的风险，减小安全事故的发生频率和严重程度。
常见反应器类型不同的反应需要对应不同的反应器类型。
以下是常见的反应器类型：管式反应器管式反应器是一种流下式反应器，其结构简单，操作方便。
通常使用于高温高压反应，能够保证反应均匀性和控制能力。
搅拌式反应器搅拌式反应器是一种混合反应器，可以对反应物进行充分混合，增加反应面积，提高反应速率。
固定床反应器固定床反应器是一种固态反应器，采用催化剂固定在反应器内，通过反应物的流动让反应物经过催化剂表面进行反应。
流化床反应器流化床反应器是一种流态反应器，可以实现反应物的充分混合，提高混合程度。
小结反应器选型是化学工程中比较重要的一步，合理的反应器选择可以使得反应效率更高、成本更低、安全性更高。
设备设计与选型7.1全厂设备概况及主要特点全厂主要设备包括反应器6台，塔设备3台，储罐设备8台，泵设备36台，热交换器19台，压缩机2台，闪蒸器2台，倾析器1台，结晶器2台，离心机1台，共计80个设备。
本厂重型机器多，如反应器、脱甲苯塔、脱重烃塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。
在此，对反应器、脱甲苯塔等进行详细的计算，编制了计算说明书。
对全厂其它所有设备进行了选型，编制了各类设备一览表（见附录）。
7.2反应器设计7.2.1概述反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。
7.2.2反应器选型反应器的形式是由反应过程的基本特征决定的，本反应的的原料以气象进入反应器，在高温低压下进行反应，故属于气固相反应过程。
气固相反应过程使用的反应器，根据催化剂床层的形式分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。
1、固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，催化剂颗粒填装在反应器中，呈静止状态，是化工生产中最重要的气固反应器之一。
固定床反应器的优点有：①反混小②催化剂机械损耗小③便于控制固定床反应器的缺点如下：①传热差，容易飞温②催化剂更换困难2、流化床反应器流化床反应器，又称沸腾床反应器。
反应器中气相原料以一定的速度通过催化剂颗粒层，使颗粒处于悬浮状态，并进行气固相反应。
流态化技术在工业上最早应用于化学反应过程。
流化床反应的优点有：①传热效果好②可实现固体物料的连续进出③压降低流化床反应器的缺点入下：①返混严重②对催化剂颗粒要求严格③易造成催化剂损失3、移动床反应器移动床反应器是一种新型的固定床反应器，其中催化剂从反应器顶部连续加入，并在反应过程中缓慢下降，最后从反应器底部卸出。
反应原料气则从反应器底部进入，反应产物由反应器顶部输出，在移动床反应器中，催化剂颗粒之间没有相对移动，但是整体缓慢下降，是一种移动着的固定床，固得名。
本项目反应属于低放热反应，而且催化剂在小试的时候曾连续运行1000小时不发生失活，所以为了最大限度的发挥催化剂高选择性和高转化率的优势，减少催化剂损失，流程的反应器采用技术最成熟的固定床反应器。
反应器选型与设计反应器的选型与设计是化工工艺设计的重要环节之一，它直接影响到反应过程的效率和经济性。
在反应器的选型与设计中，需要考虑的因素包括反应物的性质、反应条件、反应速率、反应器的尺寸与形状以及操作方式等。
本文将从这几个方面对反应器的选型与设计进行详细介绍。
首先，选型与设计需要考虑反应物的性质。
反应物的性质包括物理性质和化学性质。
物理性质包括物质的相态、密度、粘度和传热特性等，化学性质则包括反应物的稳定性、爆炸性和腐蚀性等。
对于易挥发的液体反应物，可以考虑选择密闭型反应器，以避免反应物的挥发损失；对于具有腐蚀性的反应物，需要选择耐腐蚀材料制作反应器，保证反应过程的安全性。
其次，反应器的选型与设计还需要考虑反应条件。
反应条件包括反应温度、反应压力和反应物质的浓度等。
不同的反应条件对反应器的要求也不同。
例如，在高温高压下进行的反应需要选择耐高温和耐高压的反应器。
另外，一些反应需要在惰性气氛下进行，这就需要选择可以提供惰性气体的反应器。
反应速率也是选型与设计的重要考虑因素之一、反应速率决定了反应器的尺寸和形状。
如果反应速率较快，可以选择采用较小体积的反应器，减少设备成本。
另一方面，如果反应速率较慢，需要选择较大体积的反应器，以保证足够的反应时间。
反应器的尺寸和形状也是设计中的重要考虑因素。
反应器的尺寸和形状直接影响到反应物与反应物之间的混合程度和传热性能。
一般来说，为了增加反应物之间的接触面积和提高反应效率，可以选择多相反应器或流化床反应器。
而对于速率控制的反应，可以选择浸没式反应器或分散式反应器，以增加反应物与反应催化剂之间的接触。
最后，操作方式也是反应器选型与设计的重要考虑因素之一、操作方式包括连续式反应器和批式反应器。
连续式反应器适用于大规模生产和稳定生产的需求，可以实现自动化操作和连续供料；批式反应器适用于小规模生产和实验室研究的需求，可以进行更加灵活的操作和控制。
在反应器选型与设计过程中，除了上述因素外，还需要考虑经济性和可持续性。
反应器选型与设计一、反应器类型反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
1.1釜式反应器：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。
物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。
应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。
缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。
绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。
1.2 管式反应器①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。
④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。
用于加压反应尤为合适。
1.3 固定床反应器固定床反应器的优点是：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。
固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
1. 4 流化床反应器（1）流化床反应器的优点①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
高达3280~②由于颗粒在床内混合激烈，使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致，床层400/(2∙ )]，全床热容量大，热稳定与内浸换热表面间的传热系数很高[200~性高，这些都有利于强放热反应的等温操作。
这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。
流化床内的颗粒群有类似流体的性质，可以大量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。
这使得一些反应—再生、吸热—放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。
使得易失活催化剂能在工程中使用。
（2）流化床反应器的缺点①气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在床层轴向没有温度差及浓度差。
加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接触不良，使反应的转化率降低。
因此流化床一般达不到固定床的转化率。
②催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。
③由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。
虽然流化床反应器存在着上述缺点，但优点是主要的。
流态化操作总的经济效果是有利的，特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
二、反应器设计原则反应器设计时，应遵循“合理、先进、安全、经济”的原则，具体设计时还需满足以下要求：1．满足物料转化率和反应时间的要求2．满足反应的热传递要求3．满足物料流动和混合的要求，设计适当的搅拌器或类似作用的装置4．满足防腐和机械加工要求，合理选择材质三、反应器选型1.参考相关文献，对于气-固相反应，反应器类型主要有固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器，本反应的反应器类型主要为固定床反应器。
对于固定床反应器的优点是：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。
正因为它有这么多优点，根据工艺需求，考虑到气-固相反应形式，因此最后选择气-固相绝热固定床反应器。
2.工艺确定（国外传统的甲苯歧化与烷基转移技术）目前,世界上传统的甲苯歧化与烷基转移技术共有6种,即Xylene一Plus法、Bx法及MsTDP法。
我们采用的是与Tatoray法类似Tatoray法、LTD法、MTDP法、T2的生产工艺。
四.固定床反应器的计算方法(甲苯歧化与C9芳烃烷基转移翻译器计算示例)• 固定床反应器工艺计算的内容有三个方面：一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算，二是床高和床径的计算，三是传热面积和床层压力降的计算。
• ＶＲ的计算有经验法和数学模型法两种。
• 经验法是根据空速、空时收率、催化剂负荷等数据，反推完成一定任务所需的催化剂装填量，比较简单。
• 数学模型法按座标数目分有一维模型和二维模型；按相态分有拟均相模型和非均相模型。
4.1经验计算法(经验法主要用于计算催化剂床层体积、传热面积及床层压力降。
) 4.1.1催化剂的选择本工艺采用绝热固定床反应器，与Tatoray 技术类似，选用沸石催化剂，临氢操作，反应原料为甲苯和C9芳烃。
该工艺工业化后催化剂不断更新换代，转化率由原来的35.5%提升至47.0%；操作周期由最初的3个月延长至36个月。
该工艺具有反应器结构及反应流程简单、转化率高、选择性高等特点，而且该工艺不仅可以处理甲苯，还可以充分利用C9芳烃，最大限度地满足生产PX 的要求，因此在与其他工艺的竞争中始终处于优势地位。
由于我们采用的是与Tatoray 技术类似的生产技术，因此我们采用上海石油化工研究院开发的以丝光沸石为主体的HAT-096型甲苯歧化与烷基转移催化剂。
4.1. 2.催化剂用量的计算 根据重时空速与催化剂的关系372796.063148530.711.5G m m WHSV ===取催化剂堆积密度3690/b kg m ρ=, 则催化剂床层体积:348530.7170.34690R bmV m ρ=== 催化剂一般装填整个反应器的40%~60%，此处我们选取60%装填量： 反应器体积：370.34117.240.60V m ==使用经验法计算催化剂的用量，必须注意适用条件：反应器的型式及结构参数，催化剂的型号及粒度，操作压力，反应物系初始组成、最终转化率、气体净化程度及催化剂的使用时间。
4.2反应器的直径和高度根据有关规定，为了保证反应气流稳定，固定床反应器的长径比一般在4~20之间。
此处我们选取反应器反应器长径比＝4 床径计算（无内件时）48H D R ==238V R H R ππ=⨯=R =1.68m D =1.6×2=3.36m此处选取反应器直径D=3400mm ，固定床反应器长度H=13600mm 4.3反应器筒体壁厚的设计参数的确定 （1）设计压力的相关确定计算压力=设计压力+液柱静压力 设计压力：P=P 工（1.05-1.1）P此处我们取：P=1.1 p 工=1.1 ×3.1 = 3.41MPa 液体静压：P LP L =ρgH （ρ对=15.7943666）P L =ρ对gH=15.7943666×9.81×26=4028.52Pa=4.029kPa 计算压力：P 计= 3.41103 4.0293414.029 kPa L P P P +=⨯+=计（2）设计温度的相关确定该反应器操作温度为450℃，取设计温度500℃，反应压力为3.1MPa ，则选用中304-0Cr18Ni9不锈钢。
4.4反应器壁厚操作压力为P =3.1MPa ，设计计算压力取 1.1 倍的工作压力，即P C =3.1×1.1=3.41 MPa,，焊缝系数取ϕ=1，内径 D i =3400mm 。
查《化工设备设计基础》P213 附表1得304-0Cr18Ni9不锈钢,在450℃下的许用应力[]tσ=103 MPa ，腐蚀裕量按每年 0.1mm 的腐蚀量,计15年腐蚀裕量取C2=1.5mm[]3.41340057.3 21031 3.412C itCP Dmm Pδσϕ⨯===⨯⨯--设计厚度257.3 1.50.11560.3d C C mmδδ=++=++⨯=腐蚀量4.5筒体封头设计封头选用标准型椭圆封头，曲面高度h1 =850mm，直边高度h 2=50mm，壁厚δ =20mm,内表面积A =13.00m2 ，容积V=5.60m3，质量m=2080kg。
4.6 裙座高度因卸料需要，需要安装裙座，裙座高度1.5 1.5 3.422 4.5522DH m⨯=+=+=4.7 附件设计（1）筒体法兰的设计根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查《压力容器法兰分类和规格表》和《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000），选带衬环的甲型平焊法兰（如图2-4 所示），法兰材料为16MnR。
查标准《非金属软垫片》（JB/T4704-2000）、《缠绕垫片》（JB/T4705-2000）、《金属包垫片》（JB/T4706-2000）及《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000），查标准JB/T4701-2000《甲型平焊法兰》，公称压力PN=3.1MPa，公称直径DN=2600mm，则法兰标记为：法兰C-RF3400-3.1JB/T4701-2000。
甲型平焊法兰结构示意图查标准《压力容器用非金属软垫片》（JB/T4704-2000），选用垫片为平形的奶油橡胶石棉板，标记为：垫片3400-3.1JB/T4704-2000。
（2）螺栓根径和螺栓个数的设计根据《钢制压力容器》设计，螺栓法兰的材料选择20R，其标准为GB 6654，螺栓24个，直径16mm。
（3）人孔的设计人孔该固定床反应器内装催化剂，为了装卸催化剂并检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件等，设置人孔。
本反应器为固定床反应器，由于反应器压力为3.1MPa，所以本设计决定采用回转盖板式平焊法兰人孔。
根据标准HG/T21514-2005《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》，选用回转盖板式平焊法兰人孔，其安装位置灵活。
固定床反应器为立式反应器，反应器高度为13.6m，催化剂装填分为3段，故设4个人孔。
HG/T21516-2005 回转盖板式平焊法兰人孔，其公称直径为500mm；公称压力3.1MPa；密封面型式为平面；筒节、凸缘材料为304-0Cr18Ni9钢：；垫片材料为耐油石棉橡胶板；筒节高度为130mm。
人孔补强确定根据标准JB/T4736-2002《补强圈》，该人孔可用补强圈补强。
采用内坡口型式、全焊透焊接，补强圈放在釜壁外单面补强。
D 型补强圈型式尺寸示意图（适用于壳体为内坡口的全焊透结构）所选人孔筒节内径为500mm ，外径为516mm 、壁厚为8mm 。
