全国化工大赛-恒逸石化杯-中石化茂名分公司乙烯厂建造年产4.9万吨的醋酸乙烯酯3-反应器的选型与设计说明书.docx

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目录

第3章反应器的选型与设计 2

3.1概述 2

（1）保证物料转化率和反应时间； 3

（2）满足物料和反应的热传递要求； 3

（3）注意材质选用和机械加工要求 3

3.2反应器基本类型 3

3.2.1固定床反应器 5

3.2.2釜式反应器 8

3.2.3管式反应器 9

3.2.4流化床反应器 9

3.4.5不同反应器的功能和特点对比 11

3.3反应器设计原则 12

3.4反应器设计 12

3.4.1催化剂 12

3.4.2物料衡算及模拟结果 13

3.4.3反应条件 18

3.4.5催化剂装填量 18

3.4.6催化剂填充高度 19

3.4.7管束尺寸和反应管排列 20

3.4.8反应床层压降 20

3.4.9反应器机械强度设计 21

1.计算筒体壁厚 21

2.气压试验 21

3.反应器上下封头设计 21

3.4.10进料管的设计 22

3.4.11反应器设计结果 23

3.4.12反应器强度校核 23

第3章反应器的选型与设计

3.1概述

反应器是石油化工生产的核心设备，其主要作用是将反应物通过化学反应转化为目的产物；反应器不同于其他化工流程设备，不仅涉及到物理变化，还涉及到化学变化，传热、传质等过程；其过程相当复杂，比单纯的物理操作和化学反应要复杂的多；同时化学反应器因反应种类繁多，机理各异，在类型和结构上也存在很大的差别，由于化学化学反应种类繁多、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分离，因此，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

3.2反应器基本类型

反应器因反应机理、工艺条件和操作方式的异同而具有多样性，复杂性、独特性。

反应器可以按照物流相态，操作方式，结构特征，传热条件等进行分类

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表STYLEREF2\s2.2SEQ表\*ARABIC\s21反应器分类

按相态分

均相反应器

非均相反应器

按返混程度分

平推流反应器

间歇搅拌反应器

非理想反应器

全混釜反应器

按结构分

管式反应器

塔式反应器

槽式反应器

按传热条件分

绝热反应器

等温反应器

非等温非绝热反应器

3.2.1固定床反应器

固定床反应器概述

固定床反应器又称填充床反应器，是一种装填有固体催化剂用以实现多相反应的反应器。固体催化剂通常呈颗粒状，粒径2~15mm，堆积成一定高度的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。目前我国的固定床反应器技术比较成熟，主要用于气固相催化反应，反应器包括氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等设备。

固定床反应器有如下优点：

可以严格控制停留时间，温度分布可以适当调节，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得到较高选择性。

反应速率较快，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。

催化剂机械损耗小。

结构简单

但另一方面，固定床反应器：

传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。

操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用常用流化床反应器或移动床反应器来代替。

固定床反应器三种基本形式：

1.轴向绝热式。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

2.径向绝热式。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动形式，床层与外界不发生热交换。与轴向绝热式反应器相比，径向绝热式反应器中流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小，但结构较复杂。轴向绝热式固定床反应器和径向绝热式固定床反应器都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能够承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

图STYLEREF2\s2.2SEQ图\*ARABIC