年产十万吨醋酸乙烯项目5-5附录五反应器设备说明书.doc

南京醋酸乙烯分公司年产十万吨醋酸乙烯项目反应器设备设计说明书

南京醋酸乙烯分公司

年产十万吨醋酸乙烯项目

反应器设备设计说明书

湖北工业大学道尔顿队

队员：胡志超顾嘉凯刘润群肖金涛陈诺

指导老师：范明霞胡兵袁颂东江国栋范宜艳

TOC\t2-二级标题,2,3-三级标题,3,1一级标题,1目录

1.1反应器概述 1

1.2反应器选型 1

1.2.1固定床反应器 1

1.2.2流化床反应器 2

1.2.3移动床反应器 4

1.3反应原理 5

1.3.1反应条件 6

1.4反应器的计算 8

1.4.1反应器的选择 8

1.4.2催化剂的选择 9

2.1反应器的计算 11

2.1.1催化剂床层体积 11

2.1.2催化剂床层直径 11

2.1.3催化床层高度 12

2.1.4装填催化剂的量 13

2.1.5反应器管数 13

2.1.6反应器壳体直径 13

2.1.7折流板设计 14

2.1.8流体力学计算 15

2.1.9反应总传质系数 15

2.1.10气体在均匀固体颗粒的固定床中流动时产生的压降 17

2.2反应器结构设计 18

2.2.1反应器壳体壁厚设计 18

2.2.2反应试验及其强度校核 20

2.2.3反应器接管设计 20

2.2.4气体分布板设计 21

2.2.5反应器封头设计 24

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反应器的选型

1.1反应器概述

化学反应过程和反应器是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计往往占有重要的地位。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、反应速率的不稳定，这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。本设计以R0107反应器为例，该反应是气体在固体催化剂表面的反应，为气气反应类型。

1.2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,本反应的原料以气相进入反应器,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可分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。

1.2.1固定床反应器

固定床反应器又称填充床反应器,催化剂颗粒装填在反应器中,呈静止状态,是化工生产中最重要的气固反应器之一,广泛应用于合成氨、甲醇合成、甲苯合成和催化重整等化工流程。

固定床反应器的优点有:

①返混小。固定床反应器的催化剂床层内反应流股的流动接近于平推流,与其他反应器相比几乎不存在返混,故可以有效地避免过度反应和反应不足,保证了反应产品收率,提高反应速率,完成同样的生产能力时所需的催化剂用量和反应器容积都较小。

②催化剂机械损耗小。定床反应器中催化剂排列致密,形成固定床层,催化剂颗粒之间不存在相对移动,使催化剂颗粒间的机械能损失达到最小化。

③便于控制。定床反应器中的催化剂以固定床层的形式固定在反应器中,因此可以严格控制反应原料的停留时间,特别有利于提高反应的选择性与转化率。

固定床反应器的缺点如下:

①传热差,容易飞温。定床反应器中,催化剂颗粒紧密堆砌,以固定床层的形式装填在反应器中,传热形式以热传导为主,导致反应器床层传热效果较差,对于强放热反应,如果不能及时移走反应产生的大量反应热,就会很难控制反应的热点,从而导致飞温,产生严重后果。

②催化剂更换困难。定床反应器的催化剂床层由固定圈固定,两端使用瓷球填充,更换催化剂的时候必须停产,将反应器卸下,更换麻烦,并影响生产,不适用于容易失活的催化剂。

1.2.2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。到20世纪40年代,催化裂化(FCC)实现工业化后,流化床反应器在工业上的应用得到了迅速发展,目前已广泛应用在催化裂化、费托合成等工业流程中,成为炼油、能源、医药、生物工程和环境保护等众多工业过程系统中的重要反应装置。

流化床反应器的优点有:

①热效果好。流化床反应器中,流化的催化剂颗粒在床层内做着强烈的循环运动，保证了气-固、固-固和料-壁之间的有效接触和混合,使它们之间有着较高的传热速率。同时反应器中这种混合效应可以使反应器内温度均匀，避免发生“热点”和“飞温”现象。所以流化床反应器十分适合强放热和热敏感的流程。

②可实现同体物料连续进出流化床呈现拟流体流动特性,使固体颗粒能够方便地加入和移出反应器。在催化剂失活的时候，可以顺利的移出失活催化剂、加入再生催化剂，可使催化剂在反应器与再生器之间实现循环,在生产的同时执行反应和再生操作。此外，这种流动特性也可以通过固体颗粒携走大量的反应热。

③压降低。同定床相比,同样颗粒的粒