2016年全国互联网反应工程课模设计大赛.PDF

2016 年全国 “互联网+反应工 程”课模设计大赛 丙烷催化脱氢反应器设计说明书 西南民族大学翾飞团队 指导老师：陈晓 翾飞队员：张辉 熊壮 江伟 王梓懿 目录 1.概述2 2.反应器的种类3 2.1 管式反应器4 2.2 固定床反应器4 2.3 流化床反应器4 3.催化脱氢反应器设计5 3.1 概述5 3.2 催化剂的选择6 3.3 热力学分析6 3.4 物料衡算7 3.5 反应机理7 3.6 动力学分析8 3.7 反应工艺条件的选择 10 3.8 反应器设计与COMSOL 多物理场耦合 13 3.9 催化脱氢反应器细节设计 17 3.10 催化脱氢反应器结构设计 18 翾 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，化学反应器的设计是化工生产中极为重要的课题。 反应器的设计主要包括： (1) 反应器选型； (2) 确定恰当的工艺条件； (3) 确定实现以上工艺条件所需的技术措施； (4) 确定反应器的结构以及尺寸； (5) 确定必要的控制手段。 翾 2.反应器的种类 表2-1 反应器型式及其特性 型式 适用的反应 优缺点 搅拌槽，一级或 适用性大，操作弹性大，连续操作时温度、浓度、容易 液相，液-液相，液-固相 多级串联 控制，产品质量均一，但高转化率时，反应容积大 返混小，所需反应器容积较小，比传热面积大，但对慢 管式 气相，液相 速反应，管要很长，压降很大 空塔或搅拌塔 液相，液-液相 结构简单，返混程度与高/径比及搅拌有关，轴向温差大 鼓泡塔或挡板 气-液相，气-液-固（催化 气相返混小，但液相返混大，温度较易调节，气体压降 鼓泡塔 剂）相 大，流速有限制，有挡板可减少返混 填料塔 液相，气-液相 结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦 逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常 板式塔 气-液相 在板间另加传热面 喷雾塔 气-液相快速反应 结构简单，液体表面积大，停留时间受塔高限制 返混小，高转化率时催化剂用量少，催化剂不易磨损， 固定床 气-固（催化或非催化）相 传热控温不易，催化剂装卸麻烦 气-固（催化或非催化）相， 传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，粒子 流化床