700万立方米每年含硫废气处理联产硫磺及甲醇项目4.2-加氢反应器设计说明书.doc

中南大学PIE团队PAGE1

加氢反应器设计说明书

加氢反应器设计说明书

700万立方米/年含硫废气处理联产硫磺及甲醇项目加氢反应器设计说明书

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章 概述 1

1.1设计目标 1

1.2反应器介绍 1

1.2.1固定床反应器 1

1.2.2流化床反应器 3

第二章 加氢反应器 5

2.1加氢反应 5

2.2设计条件 5

2.3反应器体积的计算 6

2.3.1反应器模型 6

2.3.2计算反应器体积 7

2.3.3床层高度的计算 8

2.3.4压降的计算 8

2.4催化剂 9

2.5附件设计 9

2.5.1气体分布器 9

2.5.2人孔 10

2.5.3接管 10

2.5.4支座 11

2.5.5测温装置 11

2.6反应器设计结果 11

2.7机械强度的计算与校核 12

2.7.1材料的选择 12

2.7.2筒体厚度计算 12

2.7.3反应器校核 12

中南大学PIE团队PAGE1

第一章 概述

化学反应过程和反应器是化工生产流程中的中心环节，反应器设计往往占有重要地位。由于反应器单元内部涉及很多复杂的过程，如：热量的传递，温度的变化，反应速率的变化，而这些都将影响产品的产量和质量。所以反应器一直以来都是化工设计的一个难题。反应器设计的好坏也关系到整个生产过程是否能正常运行。

1.1设计目标

反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：

(1)反应器有良好的传热能力；

(2)反应器内温度分布均匀；

(3)反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；

(4)反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；

(5)反应器材料满足反应物腐蚀要求；

(6)保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；

(7)降低反应过程中副反应发生的水平。

1.2反应器介绍

本设计的主要反应均为由固体催化剂催化的气相反应，常见的气固相反应器主要有固定床和流化床两大类。

1.2.1固定床反应器

固定床反应器又称填充床反应器，是一种装填有固体催化剂用以实现多相反应的反应器。固体催化剂通常呈颗粒状，粒径2～15mm，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。目前我国的固定床反应器技术比较成熟，主要用于气固相催化反应，反应器包括氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等设备。

固定床反应器可分类为三种基本形式：

轴向绝热式固定床反应器(见图1-1)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

径向绝热式固定床反应器（见图1-2）。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

列管式固定床反应器（见图1-3）。反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。

此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如：当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热反应器串联成多级绝热式固定床反应器(见图1-4)，反应器之间设换热器或补充物料以调节温度，以便在接近于最佳温度条件下操作。

图1-1轴向绝热式固定床反应器图1-2径向绝热式固定床反应

图1-3列管式固定床反应器图1-4多级绝热式固定床反应器

固定床反应器有如下优点：

(1)可以严格控制停留时间，温度分布可以适当调节，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)反应速率较快，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

(3)催化剂机械损耗小。

(4)结构简单。

但另一方面，固定床反应器：

(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