固定床流化床设计计算

炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算

由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、 操作弹性大、建设投资低等优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域。将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四馏分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略。对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响。

一、固定床反应器设计

碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。在工程上要确定反

应器的几何尺寸，首先得确定出一定生产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反应器几何尺寸。

反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及高径比、

催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。 1. 设计参数

反应器进口温度： 20℃ 进口压力：0.1MPa

进料量(含氢气进料组分) 体积流量：197.8m 3/h 质量流量：3951kg/h 液相体积空速：400h -1 2. 催化剂床层设计计算

正常状态下反应器总进料量为2040m 3/h 液体体积空速400h -1

则催化剂用量3R V V V /S 2040/400 5.1m ===总 催化剂堆密度3850/B kg m ρ=

催化剂质量850 5.14335B B R m V kg kg ρ=⨯=⨯= 求取最适宜的反应器直径D:

设不同D 时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的

影响，取反应器的长径比5，则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量3

2040m h ／及液体空速400h -1，计算反应器的诸参数：

取床层高度L=5m ，则截面积2R S V /L 5.1/51.02m ===

床层直径 1.140D m ===

因此,圆整可得反应器内径可以选择1200mm 此时，床层高度022

44 5.1

L 4.5123.14 1.2R V m D π⨯=

==⨯ 反应器选型

表4-1和表4-2为反应器类型。

表4-1 固定床反应器类型比较

二、流化床反应器设计

1.1 反应器设计原则

（1）具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递； （2）合理的结构，能有效的加速反应和水的脱除； （3）保证压力和温度符合操作条件；

（4）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。

1.2 流化床反应器的设计

以Superflex 工艺为依托，以C4为原料,以ZSM-5分子筛为催化剂活性组分,通过流化床反应器,将C

4转换为乙烯、丙烯产品。其特点是在2个独立的流化床反应器(区)

中分别进行 (乙烯和丁烯歧化反应)过程,产物汇总后进入分离系统,乙烯、丙烯产品出装置,C 4及C 4以上组分循环返回反应器继续转化C 4及以上组分两股物流在返回烯烃转化反应区之前有少量驰放,以免惰性组分积累。催化剂顺次通过反应器,经汽提后进入再生器烧焦,再生催化剂连续返回反应器以实现连续反应-再生。

1.3 流化床反应器计算说明

1.基本参数:

催化剂颗粒密度: 3P

1500kg /m ρ=

催化剂堆密度: 3700kg /m B ρ=

催化剂平均粒径: 40.12 1.210p d m m -==⨯（属于B 区粒子） 混合气体粘度: -52.010Pa.s μ=⨯ 反应温度: T=550 o C 反应压力:P= 0.2MPa

C 4处理流量: 30m 30584/m h =

混合气体密度: 300

/30584/17505 1.75 kg /m m V ρ=== 流化床出口流量:31

V 29667/m h = 4.2.2 工艺计算

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mf u 。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20p mf ep d u R ρ

μ

=

<的小颗粒

()μ

ρρ16502

g d U p p

mf -=

（1）

对于1000>=

μ

ρ

mf p ep U d R 的大颗粒

由于C4裂解反应需要较长的接触时间，故流化床的操作线速不必太高。 4.2.2.1 操作气速

(1) 起始流化速度u mf 的确定 设Re 20<，2

423

5

()u 6.4110/16501650 2.010

p p mf d g

m s ρρμ

----(1.2⨯10)⨯(1500-1.75)⨯9.8=

==⨯⨯⨯ 复核Re 值，435

1.210 6.4110 1.75Re 0.067320

2.010p mf d u ρ

μ

---⨯⨯⨯⨯=

==<⨯

故假设Re 20<合理。

将u mf 带入弗鲁德准数公式2mf

rmf p u F d g

=

作为判断流化形式的依据。散式流化，

0.13rmf F <；聚式流化，0.13rmf F >。

代入已知数据求得

将mf u 复带入弗鲁德准数公式232

4(6.4110)0.0350.131.2109.8

mf

mf p u F d g --⨯===<⨯⨯，流化形式为散式

流化。

(2) 逸出速度t u 的确定 设0.4Re 500m <<，则 复核Re 值

故假设0.4Re 500m <<合理。 (3) 流化床操作气速

操作速度0u 表示流化床在正常操作时流体的速度，一般0mf t u u u <<。根据C4裂解反应流化床操作速度围为36.4110/0.574/o m s u m s -⨯<<，两个速度之比为89.5，所选气速不应太接近这一允许气速范围的任一极端。故可取0u =0.25m/s 。 4.2.2.2 流化床反应器尺寸 (1) 流化床浓相段直径的确定

经计算，采用单个流化床反应器

圆整为5000mm

(2) 催化剂装填量的确定

根据反应动力学，为了确保C4馏分在一定时间内保持较高的转化率，需控制C4馏分质量空速为l ～5h －1

。C4馏分质量流量为30584kg/h 。根据操作空速为3h －1

，以反应空速计算催化剂装填量为cat m =30584/3=10195kg (3) 静床层高度0L 的确定 催化剂堆密度: 3700kg /m B ρ= (4) 流化床床层高度的确定

查阅资料知，对于带有挡板流化床，可采用下面的公式计算膨胀比：