流化床反应器的设计
化学反应工程第八章流化床反应器
2. 聚式流态化与散式流态化 使用不同的流体介质，固体流态化可分为：
散式流态化（particulate fluidization） 聚式流态化（aggregative fluidization）
2. 聚式流态化与散式流态化
理想流态化是固体颗粒之间的距离随着流体流速增加而 均匀地增加，颗粒均匀地悬浮在流体中，所有的流体都 流经同样厚度的颗粒床层，保证了全床中的传质、传热 和固体的停留时间都均匀，对化学反应和物理操作都十 分有利。理想流态化的流化质量（fluidization quality） 是最高的。 在实际的流化床中，会出现颗粒及流体在床层中的非均 匀分布，越不均匀，流化质量越差。 液体作流化介质时，液体与颗粒间的密度差较小，在很 大的液速操作范围内，颗粒都会较均匀地分布在床层中， 比较接近理想流态化，称为散式流态化。
(2) 聚式流态化
由于气泡在床层径向截面上不均匀分布，诱发了床内密 相的局部以致整体的循环流动，气体的返混加剧。这种 流型称为 鼓泡流态化 （bubbling fluidization），气-固接 触效率和流化质量比散式流态化低得多。 气泡上升到床层表面时的破裂将部分颗粒弹出床面。在 密相床上面形成一个含有少量颗粒的自由空域 （freeboard）。 一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床， 而另一部分较细小的颗粒就被气流带走，只有通过旋风 分离器的作用才能被捕集下来，经过料腿而返回密相床 内。
快 床 颗 粒 的 径 向 分 布
颗粒含率 高 度 实际分布 模型分布
气流输送 快床 湍流床 鼓泡流化床 0.2 0.4 0.6 密度
图：各种状态 流化床沿床高密度变化
2. 高气速气-固流态化中的流型
流化床反应器的设计概论讲解
焦作大学毕业论文（设计）题目：流化床反应器的设计概论姓名：常青雪年级： 1205062院系：化工与环境工程学院专业：化学工程指导老师：付金峰完成时间： 2015年5月19日目录第一章概述 (2)1.1 流态化基本概念 (2)1.1.1 概念 (2)1.1.2流态化现象 (4)1.1.3散式流态化和聚式流态化 (5)1.1.4流化态过程中的不正常现象 (7)第二章流化床反应器的结构、参数及其工艺计算 (9)2.1 理想流体的流化床的流化速度 (9)2.1.1临界硫化速度 (9)2.1.2操作流化速度 (9)2.1.2流化床反应器结构 (11)2.2 流化床反应器的床型 (13)3.1 传质概率与传质微分方程 (16)3.1.1 混合物组成的表示方法 (16)3.1.2 传质的通量 (17)3.2质量传递的基本方式 (18)3.2.1 分子传质 (18)3.2流化床的传热 (21)第四章数据处理及结论 (23)4.1数据处理 (23)4.1.1 质量衡算 (23)4.1.2能量衡算 (23)4.2.2流化床反应器的开发与放大 (25)致谢 (30)参考文献 (31)第一章概述流化床反应器比较适用于强烈放热、催化剂易于失活的有机反应过程。
在流化床反应器中工业催化剂除具有良好的活性、产品选择性和稳定性外，还必须满足一定的粒度分布要求并具有良好的硫化性能和耐磨性。
流化床反应器的传质、传热效果好，升温降温时温度分布稳定，催化剂可以连续再生，反应器单位产量大，单位投资抵等优点。
1.1 流态化基本概念1.1.1 概念一般指固体流态化，又称假液化，简称流化，它是利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作，称为流态化技术，属于粉体工程的研究范畴。
流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作，如在直立的容器内间歇地或连续地加入颗粒状固体物料，控制流体以一定速度由底部通入，使其压力降等于或略大于单位截面上固体颗粒的重量，固体颗粒即呈悬浮状运动而不致被流体带走。
流化床反应器的设计25
精心整理mf U R =1000p d ep ρμ>mf U R =20p d ep ρμ<吨烯烃流化床反应器设计年产3.5万1操作工艺参数反应温度为：450℃ 反应压力为：0.12MPa(绝压) 操作空速为：1~5h -1MTO 成型催化剂选用Sr-SAPO-34 催化剂粒径范围为：30～80μm 催化剂平均粒径为60μm 催化剂颗粒密度为1500kg/m 3 催化剂装填密度为750kg/m 3催化性能：乙烯收率，67.1wt%；丙烯收率，22.4wt%；总收率，89.5wt%。
水醇质量比为0.2甲醇在450℃下的粘度根据常压下气体粘度共线图查得为24.3μPa.s 甲醇450℃下的密度根据理想气体状态方程估算为0.54kg/m 3甲醇处理量：根据催化剂的催化性能总受率为89.5wt%，甲醇的用量=烯烃质量×（32/14）/0.895 烯烃的生产要求是35000t/a ，甲醇的量为89385/a 。
2操作气速2.1最小流化速度计算当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作U mf 起始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，其计算公式如下式所示： 对于的小颗粒()2U 1650p p mf d gρρμ-=（1）对于的大颗粒()1/2d U 24.5p p mfg ρρρ⎡⎤-=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（2）式中：d p 为颗粒的平均粒径；ρp ，ρ分别为颗粒和气体的密度；μ为气体的粘度假设颗粒的雷诺数R ep <20，将已知数据代入公式（1）， 校核雷诺数：将U mf 带入弗鲁德准数公式作为判断流化形式的依据散式流化， F rmf ＜0.13；聚式流化，F rmf ＞0.13。
代入已知数据求得根据判别式可知流化形式为散式流化。
2.2颗粒的带出速度Ut床内流体的速度等于颗粒在流体中的自由沉降速度（即颗粒的重力等于流体对颗粒的曳力）时，颗粒开始从床内带出，此时流体的速度成为颗粒的带出速度U t 其最大气速不能超过床层最小颗粒的带出速度U t ，其计算公式如下式所示：当U R =0.4d p tepρμ<时，2U 18d g p p t ρρμ⎛⎫- ⎪⎝⎭=（3）当U 0.4<R=500d p tepρμ<时，221/34U d225g p t p ρρρμ⎡⎤⎛⎫- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦（4）当U R=500d p tepρμ>时，1/23.1d U g p p t ρρρ⎡⎤⎛⎫- ⎪⎢⎥⎝⎭=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（5）流化床正常操作时不希望夹带，床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度U t ，因此用d p =60μm 计算带出速度。
气固流化床反应器的设计与优化
气固流化床反应器的设计与优化气固流化床反应器是一种常用的化学反应器，其优点在于能够实现气体与固体的良好接触，反应速率快，反应效率高。
在化工、能源、环保、材料等领域，气固流化床反应器有广泛的应用。
为了发挥气固流化床反应器的优点并达到最佳的反应效果，需要对其进行设计和优化。
一、气固流化床反应器的设计气固流化床反应器设计需要考虑多个因素，包括反应物的物理性质、反应条件、反应器的结构等。
设计时需要进行如下考虑：1.反应物物理性质：反应物的物理性质对反应器的设计有着重要的影响。
比如反应物的密度、粒径、流动性等，这些因素都会直接影响到反应器内气体和固体的流动性质。
在设计气固流化床反应器时，需要充分考虑反应物的物理性质。
2.反应条件：反应条件也是影响气固流化床反应器设计的一个重要因素。
反应条件包括反应温度、反应压力、反应速率等。
不同反应条件下的反应器需要具备不同的结构和设计。
3.反应器结构：反应器的结构是影响其性能的另一个关键因素。
反应器结构决定着气流、固流的流动性质，同时也对反应器的插入和取出作用着重要的影响。
常用的气固流化床反应器包括圆柱形床、锥形床、方形床等，根据不同的需求，需要选取合适的反应器结构。
二、气固流化床反应器的优化气固流化床反应器的优化包括多个方面，比如反应器的运行状态优化、反应器的结构优化等。
以下是气固流化床反应器优化的几个关键点：1.气固流动受限因素的分析：气固流化床反应器中，气体和固体颗粒之间存在着很复杂的相互作用。
在优化过程中需要对气固流动受限因素进行分析和研究。
2.反应器结构优化：反应器结构是影响其性能的另一个重要因素，选择合适的反应器结构可以优化其性能，加强其固体和气体之间的接触。
例如改变反应器的高宽比，调节反应器锥度等，都可以对反应器的性能进行优化。
3.气固流动数值模拟：使用CFD（计算流体动力学）软件对反应器进行数值模拟，可以帮助了解反应器内的流动性质和固体颗粒的分布情况。
对反应器运行状态进行数值模拟，可以有效地指导优化过程。
流化床反应器 设计计算
流化床反应器设计计算
流化床反应器是一种用于化学反应的设备，其特点是固体催化剂以流化床的方式悬浮在气相反应物中。
该反应器具有高的传质和传热能力，可以有效地控制反应温度和催化剂的失活，因此在化工领域具有广泛的应用。
流化床反应器的设计计算需要考虑以下几个方面：
1. 反应器的尺寸与气体流速的关系。
反应器的体积和气体流速是反应器设计的两个重要参数，通过计算可以确定反应器的大小和气体流速的选择。
这可以通过Bernoulli方程进行计算。
2. 反应器温度的计算。
流化床反应器中反应温度对于反应速率和催化剂寿命有很大影响。
通过热平衡方程可以计算反应器中温度的变化情况，在确定反应器尺寸和气体流速的同时，需要考虑反应器的冷却方式和催化剂的热容。
3. 反应器化学反应动力学参数的计算。
化学反应动力学参数可以用于描述反应速率和反应的数量关系，例如反应速率常数和反应级数。
这些参数可以通过实验获得，也可以通过计算机模拟获得。
4. 催化剂性能的计算。
催化剂的性能可以用各种方法来描述，例如活性、选择性和稳定性。
这些参数可以通过实验获得，也可以通过计算机模拟来获得。
催化剂的物理化学性质对反应器设计、传质作用和催化剂寿命等方面都有影响。
综上所述，流化床反应器设计需要综合考虑反应器尺寸、气体流速、反应温度、化学反应动力学参数和催化剂性能等多个方面。
这涉及到热力学、动力学和传质传热等多个学科。
在实际应用中，需要根据具体情况进行设计和计算，以实现反应器的最佳性能和稳定性。
流化床反应器的操作与控制—流化床反应器的工艺计算
A组分总消失量 dCAb dt
dl dt
dCAb dl
ub
dCAb dl
流化床反应器内的传热
流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反 应热的化学反应，同时换热器的传热面积可以减小，结构更紧凑。
传热的三种基本形式：
• 固体颗粒与固体颗粒之间的传热 • 固体颗粒与流体间的传热 • 床层与器壁或换热器表面的传热
这三种传热的基本形式中，前两种传热速度比后一种要大得多，所以要提 高整个流化床的传热速度，关键就在于提高后一种传热速度。
1.844 102 C 1
Re0.23
Pr 0.43
CP P
CP
0.8
P
0.66
0.43
• 注意： 是有单位的，其单位为[s.cm-2]
• 床层与横放的换热器器壁之间传热时，给热系数计
算式为
Nu
0.66 Re0.44
Pr 0.3
P
1
0.44
流化床传热小结
• 水平管的给热系数比垂直管低5－15％，因此倾向 于使用垂直管。
• u：气流的空塔流速[m.s-1]
可见，流化床的内径取决于气流的空塔气速，而流化床的空塔气速应介
于初始流化速度（也称临界流化速度）与逸出速度之间。即维持流化状态的最 低气速与最高气速之间。
例8-1 计算萘氧化制苯酐的微球硅胶钒催化剂的起始流化 速度和逸出速度
已知催化剂粒度分布如下：
目 >1 100 80- 60 40 < 数 20 - 10 - - 4
d p gumf
2
流化床反应器的设计
丙烯腈流化床反应器的设计学院：化工与药学院班级: 2012化学工程与工艺1、2班学生：翟鹏飞肖畅裴一歌徐嘉星廖鹏飞田仪长指导教师: 丽丽完成日期：2015年12月10日指导教师评语：_______________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________成绩:教师签名:目录1 设计生产能力及操作条件 (1)2 操作气速的选择 (1)3 流化床床径的确定 (1)3.1 密相段直径的确定 (1)3.2 稀相段直径的确定 (2)3.3 扩大段直径的确定 (2)4 流化床床高 (2)4.1 流化床的基本结构 (2)4.2 催化剂用量及床高 (3)5 床层的压降 (4)6 选材及筒体的设计 (4)7 封头的设计 (5)8 裙座的选取 (5)9 水压试验及其强度校核 (5)10 旋风分离器的计算 (5)11 主反应器设计结果 (6)丙烯腈流化床反应器的设计1设计生产能力及操作条件反应温度为：440℃反应压力为：1atm丙烯腈氨氧化法催化剂选用：sac-2000催化剂粒径围为：44～88μm催化剂平均粒径为：50μm催化剂平均密度为：1200kg/m3催化剂装填密度为：640kg/m3催化性能：丙烯腈单收>78.0%；乙腈单收<4.0%；氢氰酸单收<7.0% 耐磨强度<4.0wt%接触时间：10s流化床反应器设计处理能力：420.5kmol/h2操作气速的选择流化床的操作气速U0=0.6m/s，为防止副反应的进行，本流化床反应器设计密相和稀相两段，现在分别对其直径进行核算。
3 流化床床径的确定3.1 密相段直径的确定本流化床反应器设计处理能力为420.5kmol/h 原料气体,根据公式:pt n V U V D T 1013.02732734.2240⨯+⨯⨯==πV-气体体积流量，m 3/s U 0-流化床操作气速，m/ss m h m V /83.6/33.246001013.01013.027********.225.42033==⨯+⨯⨯=m U V D T 81.36.014.383.64401=⨯⨯==π 即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=3.9m3.2 稀相段直径的确定稀相段直径和密相段直径一样，即D T1=3.81m 即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=3.9m3.3扩大段直径的确定在该段反应器中，扩大反应器的体积，可以减缓催化剂结焦，以及抑制副反 应的生产，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。
流化床反应器 设计计算
流化床反应器设计计算
流化床反应器是一种常见的化工反应器，其设计计算对于反应过程的安全和效率具有重要作用。
在流化床反应器的设计计算中，需要考虑反应器的尺寸、流体动力学、传热传质等多个因素，以确保反应器能够满足反应条件和产量要求。
首先，流化床反应器的尺寸设计需要考虑反应物料的特性和反应条件，如反应温度、压力、反应物料的粒度分布等。
根据这些因素，可以选择合适的反应器容积、高度和截面积等参数。
其次，流体动力学是流化床反应器设计计算的重要部分。
流化床反应器中的反应物料通常被气体流体化，形成气固两相流。
在反应过程中，需要控制气体流速、气固两相流的压降和流化床的液化等问题，以确保反应物料的均匀分布和传递效率。
最后，传热传质是流化床反应器设计计算中的另一个关键因素。
在反应过程中，需要通过床层和气体流动实现反应物料的传热传质。
设计合理的流化床反应器结构和操作条件，可以实现反应物料的高效传递和转化。
总之，流化床反应器的设计计算需要综合考虑反应条件、流体动力学和传热传质等多个因素，以实现反应过程的高效、稳定和安全。
- 1 -。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
流化床反应器的设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
丙烯腈流化床反应器的设计学院：化工与药学院
班级: 2012化学工程与工艺1、2班
学生姓名：翟鹏飞肖畅裴一歌
徐嘉星廖鹏飞田仪长
指导教师: 张丽丽
完成日期： 2015年12月10日
指导教师评语：
_______________________________________________ ________________________________________________
________________________________________________ 成绩:
教师签名:
目录
丙烯腈流化床反应器的设计
1 设计生产能力及操作条件
反应温度为：440℃
反应压力为：1atm
丙烯腈氨氧化法催化剂选用：sac-2000
催化剂粒径范围为：44～88μm
催化剂平均粒径为：50μm
催化剂平均密度为：1200kg/m3
催化剂装填密度为：640kg/m3
催化性能：丙烯腈单收>%；乙腈单收<%；氢氰酸单收<%
耐磨强度<%
接触时间：10s
流化床反应器设计处理能力：h
2 操作气速的选择
流化床的操作气速U0=s，为防止副反应的进行，本流化床反应器设计密相和稀相两段，现在分别对其直径进行核算。
3 流化床床径的确定
密相段直径的确定
本流化床反应器设计处理能力为h原料气体,根据公式:
V-气体体积流量，m3/s
U0-流化床操作气速，m/s
即流化床反应器浓相段的公称直径为DN=
稀相段直径的确定
稀相段直径和密相段直径一样，即D T1=
即流化床反应器稀相段的公称直径为DN=
扩大段直径的确定
在该段反应器中，扩大反应器的体积，可以减缓催化剂结焦，以及抑制副
反
应的生产，可采用经验把此段操作气速取为稀相段操作气速的一半。
即:
将流速带入公式中:
即流化床反应器扩大段的公称直径为DN=
4 流化床床高
流化床的基本结构
床高分为三个部分，即反应段，扩大段以及锥形段高度。
催化剂用量及床高
催化剂的总体积V R （m 3）是决定反应器主要尺寸的基本依据。
原料气体处理
量为V=s 。
其中静床高度计算式为：
催化剂堆体积为：33.681083.6m t V V r =⨯=⨯=接触气体 催化剂质量为：kg V m r 437123.68640=⨯=⨯=堆催化剂ρ 故静床高度为：
密相段的高度：m H H mf 4.117.5221=⨯== 稀相段的高度：m D H T 8.79.32212=⨯==
即反应段的高度为：m H H H 2.198.74.1121=+=+= 扩大段高度取扩大段直径的三分之一，即m H 8.13
14.53=⨯=
反应段与扩大段之间的过渡部分过度角为120°。
由三角函数，过渡段高度为：
锥形段取锥底角为40o ,取锥高为H 5=，其锥底直径为。
由此可得，流化床床高：
其高径比为：
5 床层的压降
流化床在正常操作时具有恒定的压降，其压降计算公式为：
6 选材及筒体的设计
流化床反应器的操作温度为440摄氏度，操作压力为，设计温度为500摄氏度，设计压力为。
由于温度较高，因此选择0Cr18Ni9材料，该种材料在设计温度下的许用应力为100Mpa ，流化床体采用双面对接焊，局部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为φ=，壁厚的附加量取C=2mm 。
流化床的计算厚度：
考虑到流化床较高，风载荷有一定影响，取反应器的名义厚度为,流化床筒体的有效厚度为:mm C n e 3=-=δδ 筒体的应力按下式进行计算：
许用应力[]Mpa Mpa t
56.718585.0100>=⨯=φδ,应力校核合格。
对于扩大段：
考虑到扩大段，过渡段压力略有减小，并且扩大段温度较低，因此均选取扩大段、过渡段壁厚为5mm 。
锥形段为反应气体的预分布阶段，未发生反应，温度较低直径较小，因此壁厚更小，但为考虑选材与安装的方便性，其壁厚也选取为5mm 。
7 封头的设计
由于反应器压力较低，封头承压不大，故选用应用最为广泛的椭圆形封头，
设计压力为，设计温度为440摄氏度，腐蚀裕量为2mm ，封头焊缝系数为。
封头高度取1m 。
选择材料为0Cr18Ni9材料，在设计温度下，其许用应力为100Mpa 。
形状系数为K=。
封头厚度按下式进行计算：
考虑到便于焊接，故选取封头厚度为5mm 。
8 裙座的选取
裙座的厚度取20mm,高度为1m。
9 水压试验及其强度校核
水压试验的试验压力P T==。
水压试验时壁内应力为：
已知0Cr18Ni9材料在常温下的屈服强度为R eL=137Mpa，计算=
可以知道水压试验时筒体壁内应力小于，水压试验安全。
10 旋风分离器的计算
在流化床顶部，为防止小粒径催化剂颗粒随气体被带出，故在流化床扩大段设立二级旋风分离器。
已知催化剂颗粒直径范围为44μm～88μm，从反应器出来的气体流速u i=s。
一级分离器直径计算：
标准旋风分离器N=5
旋风分离器的布置和结构：一级旋风分离器的料腿下伸到床底部，下料腿端部安装锥形堵头，使催化剂能够随自下而上的气流进入下料管内。
二级旋风分离器下料腿置入床层稀相区，下料腿端部安装挡风帽和翼阀。
11 主反应器设计结果
主反应器最终设计结果如下：
操作介质丙烯、氨气、氧气操作流量 m3/s
操作压力 MPa
操作温度℃440
密相段气速 m/s
密相段直径 m
密相段高度 m
稀相段气速 m/s
稀相段直径 m
稀相段高度 m
扩大段气速 m/s
扩大段直径 m
扩大段高度 m
过渡段高度 m
锥形段 m
裙座 m。