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年产醋酸乙烯十万吨项目6.反应器设计说明书.doc

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宁夏大地化工有限公司

年产醋酸乙烯十万吨项目

反应器设计说明书

武汉轻工大学天王盖地虎团队

队员:刘恒张浩肖鹏沈博琦肖金燕

指导老师:胡廷平李云雁王尚玉王明明游军杰

目录

2854_WPSOffice_Level11.概述 3

25170_WPSOffice_Level12.反应器 3

2107_WPSOffice_Level22.1反应器选型原则 3

23825_WPSOffice_Level22.2催化剂 4

9162_WPSOffice_Level22.3反应动力学 6

13107_WPSOffice_Level13.醋酸乙烯反应器设计 8

10917_WPSOffice_Level23.1物料参数 8

17672_WPSOffice_Level23.3尺寸的设计 9

1809_WPSOffice_Level23.4传热面积的计算 10

11335_WPSOffice_Level23.5反应器的技术参数 10

11377_WPSOffice_Level14.反应器床层压降计算 11

31102_WPSOffice_Level15.反应器的强度校核 13

10092_WPSOffice_Level1注: 28

1.概述

化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置,是化工生产及相关工业生产的关键设备。由于化学反应种类繁多,机理各异,因此,为了适应不同反应的需要,化学反应器的类型和结构也必然差异很大。反应器的性能优良与否,不仅直接影响化学反应本身,而且影响原料的预处理和产物的分离,因而,反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的。

反应器设计的主要任务首先是选择反应器的型式和操作方法,然后根据反应和物料的特点,计算所需的加料速度、操作条件(温度、压力、组成等)及反应器体积,并以此确定反应器主要构件的尺寸,同时还应考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。

在反应器设计时,除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则,在落实到具体问题时,要考虑到下列的设计要点:

(1)保证物料转化率和反应时间;

(2)满足物料和反应的热传递要求;

(3)注意材质选用和机械加工要求。

2.反应器

2.1反应器选型原则

反应器按结构大致可分为管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。

型式

适用反应类型

优缺点

管式

气相;液相

返混小,所需反应器容积

较小,比传热面大;但对

慢速反应,管要很长,压

降大

釜式

液相;液-液相;液-固相

适用性大,操作弹性大,

连续操作时温度、浓度容

易控制,产品质量均一,但高转化率时,反应容积

固定床

气-固(催化或非催化)相

返混小,高转化率时催化

剂用量少,催化剂不易磨

损;传热控温不易,催化

剂装卸麻烦

流化床

气-固(催化或非催化)相;

特别是催化剂失活很快的

反应

传热好,温度均匀,易控

制,催化剂有效系数大;

粒子输送容易,但磨耗

大;床内返混大,对高转

化率不利,操作条件限制

较大

移动床

气-固(催化或非催化)相;

催化剂需要不断再生的反

传热好,反应连续,返混

小,催化剂不断循环再

生;控制固体均匀下移比

较困难,可能发生“贴壁”

和“空腔”现象

乙炔气相法合成醋酸乙烯的反应器主要有固定床反应器和流化床反应器,根据反应的转化率、选择性、反应热提供或转移的方法、催化剂的性能和寿命等几个方面因素选择。固定床反应器被广泛应用于流-固相催化和非催化反应,尤其适用于要求高转化率和高选择性的反应,这次化工设计采用固定床反应器。固定床反应器按催化剂床与外界是否进行热量交换可以分为绝热反应器和换热式反应器,工业上普遍采用换热式反应器,尤其是列管式换热反应器。

2.2催化剂

自乙炔气相法合成乙酸乙烯工艺研制成功以来,催化剂大多采用负载型催化剂——乙酸锌/活性炭[Zn(Ac)2/C]。该催化剂具有价廉易得、活性较好、选择性高等优点,但也存在活性下降过快、随反应温度升高副产物增加等缺点。

对于乙酸锌催化乙酸乙烯合成反应,乙炔吸附为反应控速步骤的观点得到了大多数学者的认同,但乙炔吸附与乙酸吸附的先后顺序仍存有争议。日本学者古川淳二等认为乙炔吸附为反应第一步,其反应机理如式(1)~式(3)所示。

CH≡CH+Zn(OCOCH3)2—→HC+==CH—Zn—(OCOCH3)2(1)

HC+==CH—Zn—(OCOCH3)2—→(OCOCH3)—HC==CH—Zn(OCOCH3)(2)

(OCOCH3)—HC==CH—Zn(OCOCH3)+CH3COOH—→

CH2==CH—OCOCH3+Zn(OCOCH3)2(3)

乙炔分子首

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