1、<p>　　大型流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘 要：本文主要講述我公司生產(chǎn)的直徑4.2米，總高度28.4米的流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)制造，具有一定的參考價值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：流化床反應(yīng)器 氣體分布器 換熱裝置 旋風(fēng)分離器 </p><p>　　流化床反應(yīng)器是一種以一定流速的流體（原料油和氫氣）從反應(yīng)器下部

2、進人而通過裝填微粒（或細(xì)粉）催化劑的床層時，使催化劑粒間空隙率隨流速漸增而逐漸拉開，催化劑床層體積開始膨脹，直至催化劑床層被流體托起的反應(yīng)設(shè)備。目前，流化床反應(yīng)器已在化工、石油、冶金、核工業(yè)等部門得到廣泛應(yīng)用。流化床反應(yīng)器具有溫度分布均勻和傳熱速率高的特點，特別適于產(chǎn)生大量反應(yīng)熱的化學(xué)反應(yīng)，同時換熱器的傳熱面積可以減小，結(jié)構(gòu)更緊湊。 </p><p>　　流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式很多，我公司設(shè)計的該流化床反應(yīng)器主要

3、部件有殼體、氣體分布器、換熱裝置、氣固分離裝置（旋風(fēng)分離器）等。 </p><p><b>　　一、殼體 </b></p><p>　　可分為圓筒形和圓錐形流化床。圓筒形流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，設(shè)備容積利用率高。圓錐形流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造比較困難，設(shè)備的利用率較低。根據(jù)工藝要求該設(shè)備采用圓筒形，公稱直徑為 DN4200mm。強度計算根據(jù)壓力和直徑按

4、現(xiàn)行規(guī)范SW6-2011進行計算，流化床反應(yīng)器的操作溫度為350℃，操作壓力為0.3Mpa，設(shè)計溫度為400℃，設(shè)計壓力為0.5Mpa，材料選擇Q345R，該種材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為125Mpa，流化床體采用單面對接焊，全部無損探傷，取流化床體焊接接頭系數(shù)為φ=1，壁厚的附加量取c=2mm，故流化床壁厚選定為20mm，并且焊后整體消除應(yīng)力熱處理，以滿足強度、剛度及穩(wěn)定性的需要。流化床反應(yīng)器的錐底采用錐角90°，其作用是對

5、進入氣體起預(yù)分布作用、卸催化劑。 </p><p><b>　　二、氣體分布器 </b></p><p>　　氣體分布器是流化床的主要構(gòu)件之一，它具有支承催化劑、均布?xì)怏w、氣體整流、穩(wěn)定操作，強化傳熱傳質(zhì)等作用。一般流化床氣體分布器設(shè)計的要求是結(jié)構(gòu)簡單，阻力小，不漏料、不堵塞、制造方便等。 </p><p>　　一般來說，氣體分布器需要有足夠的

6、壓降，這樣才能保證氣體在整個床層截面上的均勻分布，分布器壓降大于整個床層壓降的10%-30%，是對分布器壓降較常見的要求。但在實際工業(yè)應(yīng)用中，因為床層較高，為了減小壓頭損失，氣體分布器的壓降有時設(shè)計在全床壓降的5%左右。 </p><p>　　在氣體分布器上方的一定距離內(nèi)，氣、固兩相的流動行為受分布器影響很大，而與床層主體有明顯不同，分布板對整個流化床的直接作用范圍僅0.2～0.3m，然而它對整個床層的流態(tài)化狀態(tài)

7、卻具有決定性的影響，該區(qū)域習(xí)慣上被稱為“分布器控制區(qū)”或“分布板區(qū)”。在生產(chǎn)過程中常會由于分布板設(shè)計不合理，氣體分布不均勻，造成溝流和死區(qū)等異?，F(xiàn)象。分布器控制區(qū)內(nèi)的流動行為及傳熱、傳質(zhì)對整個流化床的功效都可能產(chǎn)生較大作用，尤其是在進行快速反應(yīng)的流化床化學(xué)反應(yīng)器中，這一點表現(xiàn)得特別明顯。根據(jù)流體力學(xué)原理，流體在圓型截面殼體中的流速分布呈拋物線型，即中心流速較大。為了達到均勻布?xì)庵康?，該流化床反?yīng)器分布板的開孔按正三角形排列。 <

8、/p><p><b>　　三、換熱裝置 </b></p><p>　　流化床反應(yīng)器生產(chǎn)過程屬放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中的大量熱量必須及時移出，否則會導(dǎo)致催化劑失活，影響生產(chǎn)的正常進行。流化床換熱裝置包括反應(yīng)殼體器壁和浸沒于床內(nèi)的管束，其換熱面積由過程本身的熱效應(yīng)大小決定。當(dāng)反應(yīng)具有較大的反應(yīng)熱或生成熱時，可采用換熱管或夾套換熱器對床層進行加熱或冷卻。 </p>&

9、lt;p>　　本設(shè)備采用換熱管進行加熱，總換熱面積為530m2，換熱裝置如圖。 </p><p>　　由于該反應(yīng)在催化劑的作用下，其反應(yīng)速度極快。據(jù)國內(nèi)某研究單位測試分析證明，在距離分布板板面500mm的距離之內(nèi)，原料就會轉(zhuǎn)化80%以上。熱量也比較集中地在此段內(nèi)產(chǎn)生。因此在設(shè)計上應(yīng)盡可能將換熱管伸向分布板。 </p><p><b>　　四、氣固分離裝置 </b>

10、;</p><p>　　在流化過程中，小的顆粒總不免被流體帶到反應(yīng)器的上部或外部，尤其是在氣速較大的操作狀態(tài)下，被氣體帶走的固體顆粒的數(shù)量是很大的。流化床內(nèi)的固體催化劑顆粒極細(xì)，但其在化學(xué)反應(yīng)中的作用極大，如若流失嚴(yán)重，勢必使床內(nèi)的催化劑負(fù)荷增加，影響轉(zhuǎn)化率，造成產(chǎn)品終點升高，生產(chǎn)周期縮短，影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。因而在流化床中心須有氣固分離裝置。氣固分離裝置一般為旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器可以放在床內(nèi)（內(nèi)旋風(fēng)），也可

11、以放在床外（外旋風(fēng)），如顆粒夾帶較多或夾帶顆粒粒度分布較寬時，有可能需要多級旋風(fēng)分離器來分離。經(jīng)旋風(fēng)分離器回收的顆粒，常常通過返料管返回流化床。 </p><p>　　為防止小粒徑催化劑顆粒隨氣體被帶出，回收這部分顆粒，故在該流化床頂部設(shè)立三級旋風(fēng)分離器。依靠離心力的作用，使氣流中的氣體和固體顆粒分離。好的旋風(fēng)分離器對粒徑較小的顆粒分離效率高。旋風(fēng)分離器成功操作的一個重要因素是，料腿中不能有向上“倒竄”的氣流，而

12、只能有向下流動的固體顆粒。因此，在料腿的末端一般設(shè)有特殊的反竄氣裝置。例如，出口在自由空域內(nèi)的料腿底部裝有翼閥，浸入濃相的料腿底部也往往設(shè)有錐形堵頭一類的裝置。 </p><p><b>　　五、總結(jié) </b></p><p>　　本公司制造的流化床反應(yīng)器，設(shè)計比較合理，滿足用戶要求，安全性、經(jīng)濟性及環(huán)保要求均合格。 </p><p><

13、b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 中國石化集團上海工程有限公司，化工工藝設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[2] 李佑楚，流態(tài)化過程工程導(dǎo)論，科學(xué)出版社，2008 </p><p>　　[3] 陳炳和，化學(xué)反應(yīng)過程與設(shè)備，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[4] 陳