700万立方米每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.docx

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，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。

1.2.2流化床反应器

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。按流化床的运用状况主要分为以下两类：(1)一类是有固体物料连续进料和出料的装置，主要用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生。(2)另一类是无固体物料连续进料和出料装置，主要用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。常见的两类流化床如图1-5所示：

图1-5流化床反应器工作示意图

与固定床相比，流化床反应器的特点主要有以下几点：

可以实现固体物料的连续输入和输出；

流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应。

流化床适合使用细粒子催化剂，易消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。

由于返混严重，可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。

固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带，也使流化床的应用受到一定限制。为了限制返混，可采用多层流化