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第3章 反应器设计

3.1 反应器设计计算

3.1.1 设计依据

《石油化工企业反应器再生器框架设计规范》 SH 3066-2005

《钢制压力容器-分析设计标准》 JB/T 4732-2005

《钢制压力容器用封头（附标准示意）》 JB/T4746-2002 《压力容器法兰分类与技术条件》NB/T 47020-2012

《钢制压力容器》 GB150-2011

3.1.2 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，反应器设计是否成功直接决定了整个项目的成败。本部分主要包括:反应器选型；反应器主体尺寸的设计；寻找合适的工艺条件；确定实现这些工艺条件所需的技术措施；确定必须的控制手段。

3.1.3 反应器的类型

表1.1 工业反应器的结构类型与特征

类型 适用的反应 液-相，液-液相，液-固相，气-釜（槽）式 液相，气-液-固三相 均向管式 气相，液相 气-固相、气-液相催化反应 固定床 （绝热式或连续换热式） 填料塔 板式塔 气-液相 气-液相 平推流 结构简单，压降小，填料装卸麻烦 逆流接触，流速有限制，返混小，可在板间另加换控制，返混严重 比传热面大，长径比很大，压降大，接近平推流 催化剂不易磨损，但装卸难，传热控温不易，接近特征 实用性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度易热面 喷雾塔 气-液相快速反应 1，气-固相（催化及非催化反流化床 应）2，液-固相（非催化反应） 气流床 滴流床 气-固相 气-液-固三相 气-液-固三相 鼓泡淤浆床 （催化及非催化反应） 气-液-固三相 三相流化床 （催化及非催化反应） 固相在液相中悬浮，气相连续流入及流出反应器 固相在液相中悬浮，气相连续流入及流出反应器 件限制较大，返混较大 固体颗粒细小，气流流动复杂 催化剂带出少，要求气液分布均匀，温度调节较难 结构简单，流体表面积大，气流速度有限 传热好，易控温；粒子易输送，但易磨损，操作条固定床反应器特点是流程简单，容易放大反应器的生产规模，显著降低投资，由于停留时间较统一，可以明显提高产物的选择性。缺点是温度不宜控制，催化剂再生的时候操作复杂。

流化床反应器特点是流程复杂，在床内由于返混反应器内径向比较均一，和同样内径、长度的固定床相比，空速相同时、流化床反应器内压降更小，向反应器内补充催化剂无需停产，但工艺流程长，设备多，投资大，对催化剂要求苛刻。在考虑了技术、成本、工艺后，本工艺选择固定床反应器。

固定床反应器又分为绝热式和换热式。与绝热式反应器相比，换热式反应器中的催化剂装填料多，设备利用高，同时放大时，只要采用小试的最佳进口温度和组成，保持相同的停留时间，并设计适当的气体预分离装置，可保证气流在床层截面均匀分布。

列管式固定床反应器

3.1.4反应条件和工作参数

表4.2 设计数据和工作参数

CO进料量 年工作时间 反应温度

160kmol/h 8000h 185℃ 酯进料量 空速 反应压力 183.88kmol/h 100h-1 3.2Mpa 3.1.5 物料衡算和热量衡算及结果

热量衡算和物料衡算有Aspen模拟得到，结果见下图，详细结果请见Aspen源文件。

图4.1 反应器热量衡算和物料衡算