反应器选型与设计完结版文档格式.docx
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对于固定床反应器的优点是：
①返混小，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较高选择性.
②催化剂机械损耗小。
③结构简单.
正因为它有这么多优点，根据工艺需求,考虑到气-固相反应形式，因此最后选择气—固相绝热固定床反应器。
2。
工艺确定（国外传统的甲苯歧化与烷基转移技术）
目前，世界上传统的甲苯歧化与烷基转移技术共有6种，即Xylene一Plus法、Tatoray法、LTD法、MTDP法、T2Bx法及MsTDP法。
我们采用的是与Tatoray法类似的生产工艺。
2.2反应机理
反应序号
反应方程式
1
2TOL-—〉BZN+PX
2
2TOL——〉BZN+OX
3
2TOL-->
BZN+MX
4
TOL+1，2,3TMB--〉2PX
5
TOL+1，2,3TMB-—〉2OX
6
TOL+1，2,3TMB——>
2PX
7
TOL+1，2，4TMB——>
8
TOL+1，2，4TMB——〉2OX
9
TOL+1,2，4TMB-->
2MX
10
TOL+1，3,5TMB-—〉2PX
11
TOL+1，3，5TMB——>
2OX
12
TOL+1,3,5TMB——〉2MX
13
1,2，3TMB+H2-->
BZN+C3H8
14
1,2，4TMB+H2——>
15
1,3，5TMB+H2—->
16
C3H8-—〉H2+C3H6
17
TOL+P—MEB——〉EB+PX
18
TOL+P—MEB—-〉EB+OX
19
TOL+P-MEB-->
EB+MX
20
TOL+O-MEB—->
EB+PX
21
TOL+O—MEB——>
EB+OX
22
TOL+O—MEB—-〉EB+MX
23
TOL+M—MEB--〉EB+PX
24
TOL+M-MEB--〉EB+OX
25
TOL+M-MEB—->
26
P-MEB+H2—-〉TOL+C2H6
27
O—MEB+H2--〉TOL+C2H6
28
M—MEB+H2--〉TOL+C2H6
29
C2H6——〉C2H4+H2
30
2P—MEB-—〉EB+C10A
31
2O—MEB-->
EB+C10A
32
P-MEB+H2—-〉EB+CH4
33
O-MEB+H2—-〉EB+CH4
34
M-MEB+H2-—〉EB+CH4
3．物料表
反应器进料物料
反应器出料物料
TemperatureC
450
Pressurebar
VaporFrac
MoleFlowkmol/hr
2376。
357
MassFlowkg/hr
72796.063
VolumeFlowcum/hr
4608.989
EnthalpyGcal/hr
21。
21.058
H2
3499.992
3482。
TOL
25036。
04
5885.141
BZN
260.444
2545。
285
OX
238。
748
8132.963
MX
37.974
13734。
275
PX
46.298
8159.671
EB
1.7
7236.032
P-MEB
2388.639
386.959
O-MEB
2023.336
327.78
M-MEB
7393.744
2676.535
1,3，5TMB
9358.857
6186.205
1,2，3TMB
4937。
441
3856.141
1，2，4TMB
16041.986
8357。
875
C10A
1530.866
CH4
29.939
C2H6
56.116
C2H4
C3H8
211.478
C3H6
CO2
CH4O
H2O
C4H8-—01
C5H10-01
C6H12-01
1，4-DTB
1736.21
1727.682
271.716
63。
871
3.334
32.584
2.249
76。
605
0.358
129.364
0.436
76.857
0。
016
68。
157
P—MEB
19。
873
3。
219
16.834
2.727
61。
515
22。
268
1,3,5TMB
77。
864
51.468
1,2,3TMB
41.079
32.083
1,2，4TMB
133。
467
69.536
11.406
1.866
4。
796
C4H8—-01
C5H10—01
C6H12—01
1,4-DTB
＊＊*VAPORPHASE＊*＊
Enthalpykcal/kg
290.132
289。
HeatCapcal/gm-K
0.734
734
Conductivitykcal-m/hr—sqm
0.139
0.14
Densitykg/cum
15.794
ViscositycP
0.018
四。
固定床反应器的计算方法（甲苯歧化与C9芳烃烷基转移翻译器计算示例）
•固定床反应器工艺计算的内容有三个方面:
一是反应器的有效体积即催化剂装填量的计算,二是床高和床径的计算,三是传热面积和床层压力降的计算。
•ＶＲ的计算有经验法和数学模型法两种.
•经验法是根据空速、空时收率、催化剂负荷等数据，反推完成一定任务所需的催化剂装填量，比较简单.
•数学模型法按座标数目分有一维模型和二维模型；
按相态分有拟均相模型和非均相模型。
1经验计算法（经验法主要用于计算催化剂床层体积、传热面积及床层压力降。
）
1催化剂的选择
本工艺采用绝热固定床反应器，与Tatoray技术类似，选用沸石催化剂，临氢操作,反应原料为甲苯和C9芳烃。
该工艺工业化后催化剂不断更新换代,转化率由原来的35。
5%提升至47.0%；
操作周期由最初的3个月延长至36个月。
该工艺具有反应器结构及反应流程简单、转化率高、选择性高等特点，而且该工艺不仅可以处理甲苯，还可以充分利用C9芳烃，最大限度地满足生产PX的要求，因此在与其他工艺的竞争中始终处于优势地位。
由于我们采用的是与Tatoray技术类似的生产技术，因此我们采用上海石油化工研究院开发的以丝光沸石为主体的HAT-096型甲苯歧化与烷基转移催化剂.
4.1.2。
催化剂用量的计算
根据重时空速与催化剂的关系
取催化剂堆积密度
，
则催化剂床层体积：
催化剂一般装填整个反应器的40%~60％，此处我们选取60％装填量：
反应器体积：
使用经验法计算催化剂的用量，必须注意适用条件：
反应器的型式及结构参数，催化剂的型号及粒度,操作压力,反应物系初始组成、最终转化率、气体净化程度及催化剂的使用时间。
4.2反应器的直径和高度
根据有关规定,为了保证反应气流稳定,固定床反应器的长径比一般在4~20之间。
此处我们选取反应器反应器长径比＝4
床径计算（无内件时）
=1。
68m
6×
2=3.36m
此处选取反应器直径D=3400mm，固定床反应器长度H=13600mm=
3反应器筒体壁厚的设计参数的确定
（1）设计压力的相关确定
计算压力=设计压力+液柱静压力
设计压力:
此处我们取：
P=1。
1p工=1。
1×
3.1=3。
41MPa
液体静压:
PL
r=PL=
gH（
对=15。
7943666）
PL=
对gH=15.7943666×
9。
81×
26=4028.52Pa=4.029kPa
计算压力：
（2）设计温度的相关确定
该反应器操作温度为450℃,取设计温度500℃,反应压力为3.1MPa，则选用中304-0Cr18Ni9不锈钢。
4反应器壁厚
操作压力为P=3。
1MPa，设计计算压力取1。
1倍的工作压力,即PC=3。
1×
1.1=3。
41MPa，，焊缝系数取
=1，内径Di=3400mm。
查《化工设备设计基础》P213附表1得304-0Cr18Ni9不锈钢，在450℃下的许用应力
=103MPa，腐蚀裕量按每年0。
1mm的腐蚀量,计15年腐蚀裕量取C2=1.5mm
设计厚度
4.5筒体封头设计
封头选用标准型椭圆封头，曲面高度h1=850mm，直边高度h2=50mm，壁厚δ=20mm，内表面积A=13。
00m2，容积V=5。
60m3，质量m=2080kg。
6裙座高度
因卸料需要，需要安装裙座，
裙座高度
7附件设计
（1）筒体法兰的设计
根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查《压力容器法兰分类和规格表》和《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000），选带衬环的甲型平焊法兰（如图2—4所示），法兰材料为16MnR。
查标准《非金属软垫片》（JB/T4704-2000）、《缠绕垫片》（JB/T4705—2000）、《金属包垫片》（JB/T4706-2000）及《压力容器法兰分类与技术条件》（JB/T4700-2000）,
查标准JB/T4701—2000《甲型平焊法兰》,公称压力PN=3。
1MPa，公称直径DN=2600mm,则法兰标记为:
法兰C—RF3400—3。
1JB/T4701-2000。
甲型平焊法兰结构示意图
查标准《压力容器用非金属软垫片》（JB/T4704—2000），选用垫片为平形的奶油橡胶石棉板，标记为：
垫片3400—3。
1JB/T4704-2000.
（2）螺栓根径和螺栓个数的设计
根据《钢制压力容器》设计，螺栓法兰的材料选择20R，其标准为GB6654，螺栓24个，直径16mm。
（3）人孔的设计
人孔
该固定床反应器内装催化剂，为了装卸催化剂并检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件等，设置人孔。
本反应器为固定床反应器,由于反应器压力为3.1MPa，所以本设计决定采用回转盖板式平焊法兰人孔。
根据标准HG/T21514—2005《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》，选用回转盖板式平焊法兰人孔,其安装位置灵活。
固定床反应器为立式反应器，反应器高度为13.6m,催化剂装填分为3段，故设4个人孔.
HG/T21516-2005回转盖板式平焊法兰人孔,其公称直径为500mm;
公称压力3。
1MPa；
密封面型式为平面；
筒节、凸缘材料为304-0Cr18Ni9钢：
；
垫片材料为耐油石棉橡胶板；
筒节高度为130mm。
人孔补强确定
根据标准JB/T4736-2002《补强圈》，该人孔可用补强圈补强。
采用内坡口型式、全焊透焊接，补强圈放在釜壁外单面补强。
D型补强圈型式尺寸示意图（适用于壳体为内坡口的全焊透结构）
所选人孔筒节内径为500mm，外径为516mm、壁厚为8mm。
补强圈材料采用304L不锈钢设备,尺寸算确定如下：
补强圈外径D2=760mm，内径D1=d0+9=516+9=525mm。
根据补强的金属面积应大于或等于开孔减少的截面积，补强圈的厚度按下式估算：
其中：
δ补-—补强圈厚度,mm；
δ1——人孔筒节厚度，mm；
δ2——器壁厚度（δn=15mm）与腐蚀裕量（C2=0.8mm）之差,mm；
di—-人孔筒节内径，mm；
圆整至标准值，取16mm厚.
（4）反应器支座的设计
本反应器选择圆筒裙式支座
选择依据：
裙式支座适用于高大型或重型立式容器的支承。
裙座有圆筒形和圆锥形两种形式,通常采用圆筒型裙座.圆锥形裙座一般用于以下情况：
1塔径D>
1000,且H/D≥30或D≤1000，且H/D≥25;
2基本风压q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度时。
圆锥形裙座的半锥角≤15°
。
裙座开孔:
●排气孔
裙座顶部须开设Φ80的排气孔，以排放可能聚结在裙座与封头死区有害气体。
●排液孔
裙座底部须开设100的排液孔，一般孔径Φ50，中心高50mm的长圆孔。
●人孔
裙座上必须开设人孔，以方便检修;
人孔为圆形,
●引出管通道孔
考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管之间应保留一定间隙。
（5）裙座与塔体封头连接
裙座直接焊接在塔底封头上，可采用对接焊缝或搭接焊缝。
在没有风载荷或地震载荷时，对接焊缝承受容器重量产生的压缩载荷,搭接焊缝则承受剪切载荷。
相比而言,搭接焊缝受力情况较差，在一些小塔或受力较小的情况下采用。
本设计选用对接焊缝。
裙座壳体过渡段塔壳设计温度低于-20℃或高于250℃时,裙座壳顶部分的材料应与塔下封头材料相同，选择20R，裙座壳体过渡段长度取4倍保温层厚度，但不小于500mm；
（6）群座保护层
当塔内或周围容器内有易燃、易爆介质时，一旦发生火灾，裙式支座型式会因温度升高而丧失强度，故裙座应设防火层。
当裙座D≤1500mm时，仅外面敷设防火层；
当裙座D>
1500mm时，两侧均敷设50mm石棉水泥层。
当塔内操作温度很高，塔体与裙座的温度差引起不均匀热膨胀，会使裙座与塔底封头连接焊缝受力情况恶化，此时须对裙座加以保温.
选用圆锥形裙座，裙座内径3400mm，裙座壁厚20mm，裙座高度4。
55m.两侧均敷设50mm石棉水泥层。
8管口设计
8。
1反应器进口
反应器进口总流量为
m3/h=1。
29m3/s，选进入反应器之前总管道运输速度为20m/s,管的直径为：
采用DN=300的管道（根据GB/T1057—1995）
校核：
根据选取的公称直径为300mm，则速度为：
，在允许范围内（流速一般在10～30m/s），可以选取。
8.2出口管设计
反应器出口流量
=1。
29m3/s，取出口管速为20m/s：
出口管直径：
圆整后选取DN=300mm的压力管（根据GB/T1057—1995）
校核:
根据选取的公称直径为300mm,则速度为：
，在允许范围内，可以选取。
表反应器详细装备列表
反应器类型固定床反应器
设计压力（Mpa）
3.1
设计温度（℃）
450
催化剂
HAT-096
催化剂床层体积（m3）
70。
内径（mm）
3400
床层高度（m）
13.6
筒体材质
0Cr18Ni9
筒体壁厚（mm）
60.3
入口扩散器锥形扩散器
类型盘式孔流型分布器
升气管高度（mm）150
反应器内件升气管直径（mm）100
喷淋孔直径（mm）5
喷淋孔数250
催化剂层高度（m）0。
封头类型标准椭圆形封头
材质0Cr18Ni9
封头壁厚20
曲面高度（mm）850
直边高度（mm）50
裙座类型圆柱形裙座
裙座裙座内径（mm）3400
裙座壁厚（mm）20
裙座高度（m）4.45
人孔直径（mm）500
个数4
反应器校核：
内压圆筒校核
计算单位
重庆文理学院——光芒团队
计算所依据的标准
GB150。
3-2011
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
3。
MPa
设计温度t
480.00
︒C
内径Di
3400.00
mm
材料
304H＃#（板材）
试验温度许用应力[σ]
137。
57
设计温度许用应力[σ]t
100。
60
试验温度下屈服点σs
206.00
钢板负偏差C1
0.00
腐蚀裕量C2
0。
焊接接头系数φ
1.00
厚度及重量计算
计算厚度
δ=
=54。
95
有效厚度
δe=δn—C1—C2=59。
90
名义厚度
δn=60.00
重量
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
PT=1.25P
=（或由用户输入）
压力试验允许通过
的应力水平[σ]T
[σ]T≤0.90σs=
试验压力下
圆筒的应力
σT=
=
校核条件
σT≤[σ]T
校核结果
非标准材料，请建立用户材料数据库进行压力试验计算！
压力及应力计算
最大允许工作压力
［Pw］=
=3.48330
设计温度下计算应力
σt=
=92.42
[σ]tφ
[σ]tφ≥σt
结论
合格
注：
带#号的材料数据是设计者给定的.
内压椭圆封头校核
重庆文理学院—-光芒团队
3—2011
椭圆封头简图
3.20
曲面深度hi
850.00
F304#（板材）
137.57
0.10
1。
00
液压试验
PT=1.25Pc
=4。
8000（或由用户输入）
压力试验允许通过的应力[σ]t
[σ]
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