茂名石化30万吨醋酸乙烯项目5-反应器设计说明书.docx

茂名石化30万吨醋酸乙烯工程项反应器设计说明书

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反应器设计说明

1.1概述

反应器是化工生产过程中一系列设备中的核心设备。化工技术过程开发的成功与否很大程度上取决于反应器内流体的温度、浓度、停留时间及温度分布、停留时间分布的控制水平和控制能力。化工生产的工艺过程决定了反应器的结构型式，反应器的结构型式对工艺过程又有一个促进和完善的作用，同时反应器的结构型式在某种程度上也决定着产品的质量和性能。因此，化学反应器的选型、设计计算和选择最优化的操作条件是化工生产中极为重要的课题。

本项目为茂名石化30万吨醋酸乙烯工程项目，以总厂在广东省茂名市茂名石化工业园区的茂名石化分公司的乙烯以及广西青州石化公司的醋酸为原料。所有的废水、废气均采取了可行的处理方法进行处理，处理后的废水、废气可以达到国家标准规定的排放指标。本项目的大部分固体废物可综合利用。因此本项目符合清洁生产的要求。

此工艺涉及到的反应器醋酸乙烯合成反应器，下面面对其醋酸乙烯反应器进行了结构选型，并对反应器的制造工艺进行了详细的说明，最终确定的反应器设备在满足结构合理性的基础上，实现了温度分布、浓度分布及反应时间等化工工艺参数的控制要求，使得产品质量和性能得以保证。

1.2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。

反应器类型

乙烯气相法合成醋酸乙烯是强放热反应，并且为气固催化反应。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、流化床和移动床三大类。

2.1固定床反应器

固定床反应器又称填充床反应器，指在反应器内装填颗粒状固体催化剂或固体反应物，形成一定高度的堆积床层，气体或液体物料通过颗粒间隙流过静止固定床层的同时，实现非均相反应过程。这类反应器的特点是充填在设备内的固体颗粒固定不动，有别于固体物料在设备内发生运动的移动床和流化床。固定床反应器广泛用于气-固相反应和液-固相反应过程，例如，合成氨工业中的固定半水煤气发生炉，水处理中的固定床离子交换柱等。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

固定床反应器可分类为三种基本形式：

①轴向绝热式固定床反应器(见图2-1)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

②径向绝热式固定床反应器（见图2-2）。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。

③管式固定床反应器（见图2-3）。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2-4)，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2-1轴向绝热式固定床反应器图图2-2径向绝热式固定床反应图

图2-3列管式固定床反应器图图2-4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。

固定床反应器有如下缺点：

(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。

2.2流化床反应器

流化床反应器是指气体在由固体物料或催化剂构成的沸腾床层内进行化学反应的设备。又称“沸腾床反应器”。气体在一定的流速范围内，将堆成一定厚度（床层）的催化剂或物料的固体细粒强烈搅动，使之象沸腾的液体一样并具有液体的一些特性，如对器壁有流体压力的作用、能溢流和具有粘度等，此种操作状况称为“流化床”