固定床反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-26 10:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 必須從四面卸出或者用吊斗或真空卸料機(jī)吸出 。 側(cè)面卸科通?？恐亓α鲃?dòng)不能完全卸出 ， 還必須用人工的辦法 。 在很高溫度下操作的反應(yīng)器內(nèi)也許不能采用金屬制的出口集合管 。 在這種情況下可用多格的耐火磚圓頂當(dāng)作床層的支承和出口集合管 。 比催化劑大幾倍的惰性圓球或丸粒也要放在催化劑床層的頂部 。 這一層有助于分布物料的流動(dòng) ， 能防止床層污染 ， 如突然涌進(jìn)一股像水那樣的不希望有的東西 ， 并有助于截住帶入的污垢 ， 由于床層空隙率較低 ， 這種污垢會(huì)嚴(yán)重堵塞催化劑床層 。 惰性圓球或丸粒會(huì)有助于防止催化劑突然溫度升高 ， 它可吸收因操作失誤而發(fā)生的反應(yīng)物或是再生流體的劇烈溫度變動(dòng) 。 底部的球?qū)釉谏狭魇皆偕鷷r(shí) ， 尤其是在再生的早期也能夠起這樣的作用 。 有時(shí) ， 在催化劑和惰性球之間放進(jìn)一個(gè)浮動(dòng)的篩網(wǎng) 。 這可阻止達(dá)兩層之間的混合并作為擋住污垢的最后屏障 。 如果帶入的污垢估計(jì)較多的話 ， 那么在惰性球頂部放上大面積的篩網(wǎng) ， 效果會(huì)更好些 。 雖然氧化鋁或陶瓷惰性材料是用得最廣泛的，但有時(shí)在不宜用氧化鋁或陶瓷的反應(yīng)系統(tǒng)中可用其它材料代替。石英石已經(jīng)被當(dāng)作廉價(jià)的代用品，而且在反應(yīng)不受其中雜質(zhì)影響的反應(yīng)器中是完全合用的 2．多床層反應(yīng)器 在有中間冷卻或加熱的單個(gè)反應(yīng)器殼體中多床層可以擱在支承板上 (圖 610和圖 611)，不然也可以采用有內(nèi)部分布器的連續(xù)床層。在床層之間的空間可以設(shè)計(jì)安裝熱交換器管束或?qū)⒄魵馐占拖蛲獠繜峤粨Q器然后再分布到下一個(gè)床層，或在床層之間設(shè)計(jì)成直接接觸急冷 (圖 610和圖611)，也可以在床層內(nèi)引入急冷，如圖 612所示。圖示的三種反應(yīng)器都有一個(gè)內(nèi)冷卻的外殼以減少反應(yīng)器的厚度。 圖 610 冷激式多床層的氨轉(zhuǎn)化器（凱洛格型） a 垂直多層轉(zhuǎn)化器； b 臥式多層轉(zhuǎn)化器 圖 611 外部接管最少的高壓氫化 裂解反應(yīng)器 圖 612 無中間床層支撐的冷激式氨 轉(zhuǎn)化器（ ICI）。催化劑裝在單一環(huán)狀床內(nèi)。A氣體入口， B 氣體出口， C冷激氣入口， D氣體旁路分布器， E 溫度計(jì)套管， F催化劑卸出口。 3．裝料和卸料的設(shè)備和程序 氣力裝料 用空氣將催化劑罐加壓 ， 催化劑則通過能夠沿著反應(yīng)器橫斷面以一定方式移動(dòng)的大軟管借氣力輸送出去 。 遺憾的是 ， 這種高效技術(shù)只局限于高度耐磨的催化劑 (抗壓強(qiáng)度： 35磅 )和如球狀的自由流動(dòng)顆粒 。 吊運(yùn) 可以把催化劑桶提升到反應(yīng)器內(nèi)，然后卸出將催化劑裝入反應(yīng)器。 裝料管 把織物制的裝料管或可移動(dòng)的管子聯(lián)在裝料斗上 。 管內(nèi)裝滿催化劑不使催化劑自由落下 ， 這時(shí)有一個(gè)人站在反應(yīng)器里面 ，牽引裝料管作圓周運(yùn)動(dòng)使催化劑平均分布 。 催化劑下落不應(yīng)超過 1或 2英尺的高度 。 在這個(gè)程序里與其它必須有一個(gè)人在催化劑床層上工作的程序一樣 ， 必須要有措施來分布這個(gè)人的重量 ， 如在床層上放一塊跳板或穿上雪鞋 。 即使采取這種預(yù)防措施 ， 一些易碎的催化劑還是要被壓碎成粉末 。 在這種情況下 ， 便應(yīng)在反應(yīng)器頂上引導(dǎo)裝料管移動(dòng) 。 當(dāng)工人進(jìn)到容器里面時(shí) ， 必須提供使用合適的面具和防護(hù)服以保護(hù)工人防塵 、 防有害煙霧 ， 在許多情況下還要防止缺氧 。 許多催化劑吸氧性很強(qiáng)而且以驚人的速度耗盡容器中的氧 。 卸料 ? 卸空 可將催化劑卸到料斗或卡車上 。 不流動(dòng)的那部分則必須用人工來清除 。 ? 同時(shí)進(jìn)行卸空和清凈 輕便的潔凈設(shè)備可用惰性氣體保護(hù)同時(shí)進(jìn)行卸空 、 清凈 、 篩分和包裝以備再用 。 ? 真空卸料 當(dāng)難以卸空或無法進(jìn)行時(shí) ， 可用真空卸料法 。雖然這樣的做法很快 ， 還是避免周圍環(huán)境中的有害粉塵 ， 但磨損率可能高些 。 ? 有可能把床層中那部分已經(jīng)失活和部分堵塞的催化劑卸出。這需要由工人進(jìn)入有毒的區(qū)域去放出物料和操縱卸料系統(tǒng)。 4．物料流動(dòng)的分布 ? 在大直徑床層中 ， 為防止流動(dòng)截面突然收縮 ， 必須裝設(shè)多個(gè)出口或出口集合管 。 ? 當(dāng)必須用非常淺的床層時(shí) ， 可規(guī)定采用徑向流動(dòng)的反應(yīng)器以改進(jìn)流動(dòng)的分布 。 5．熱電偶的位置 ?熱電偶應(yīng)裝在沿床層的軸線位置上以便能夠監(jiān)測反應(yīng)溫度梯度和這些梯度隨時(shí)間改變的情況。在每一個(gè)部位，不是裝一個(gè)而至少要在圓的每一象限各裝一支熱電偶。 6. 開工設(shè)備 絕熱反應(yīng)器開工設(shè)備可包括提供熱氣體加熱床層的惰性氣體加熱器或蒸汽過熱器 。 當(dāng)需要時(shí) , 還應(yīng)當(dāng)提供再生空氣的特殊設(shè)備以及蒸汽或其它必需的特殊氣體 。 7. 淺床層 某些反應(yīng)反應(yīng)很快，需要催化劑的量非常少，無法進(jìn)行傳熱。典型的反應(yīng)如氨氧化生成氧化氮，甲烷與空氣反應(yīng)制造氰花氫，催化劑為編制金屬絲網(wǎng)式。這些反應(yīng)主要或完全受傳質(zhì)限制，絲網(wǎng)填料的設(shè)計(jì)是以中間實(shí)驗(yàn)和工廠的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。 圖 613 為均勻流量分布設(shè)計(jì)的淺床層的反應(yīng)器 多段間接換熱式催化反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì) 確定了多段間接換熱式催化反應(yīng)器的段數(shù)、進(jìn)口氣體組成、最終轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)能力等。多段間接換熱式絕熱催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是一個(gè)確定各段始末溫度、轉(zhuǎn)化率的最佳分布問題，最終結(jié)果是使催化劑的的總用量最少。 1．催化床出口溫度不受催化劑耐熱溫度限制時(shí)的優(yōu)化設(shè)計(jì) VRT=∑i=1nVRi Vso，i∑i=1n=τo，i 目標(biāo)函數(shù) VRT具有極小值的必要條件如下： 式中 ， xA， i i段的出口轉(zhuǎn)化率 ， 即 i+1段的入口轉(zhuǎn)化率 。 Tj i 段的入口溫度 整理后得： 又因?yàn)椋? τo，i XAiXAi1CAOKrAi=∫ dXAτo， i+1XAiXAi+1 CAOKrAi+1=∫ dXA上式（ 642）可變?yōu)椋? 624 X=XAirAi rAi+1=1 1X=XAi上一段出口處的反應(yīng)速率與下一段入口處反應(yīng)速率之絕對(duì)值相等 各段進(jìn)口溫度 Ti下， 又因?yàn)椋? τo，i XAiXAi1CAOKrAi=∫ dXA所以： X A iX A i 1∫（ ）τ oX A iT id X A = 0X A即， 用圖示的形式表示： 又可變?yōu)椋? X A iX A i 1r A i∫1（ ）T id X A = 0X A圖 614 方程式（ 645）用圖示的形式表示 當(dāng) xA軸上方的陰影由積與下方的陰影面積相等時(shí)，即為符合式(645)的 xAi值。 設(shè)計(jì)思路： (1) 根據(jù)反應(yīng)氣體混合物的初始組成 ， 催化劑動(dòng)力學(xué)參數(shù) ，作過程的平衡曲線與最佳溫度曲線 。 a． 平衡曲線： 根據(jù) r = 0， 可得 XA， eq = f（ Teq） b．最佳溫度曲線：根據(jù) ?r/?T = 0， 可得 XA = f（ Topt） (2) 假定第一段入口溫度為 To1， X A or A i∫1（ ）T od X A = 0X AX A 1T = To + Λ（ XAXAO） 其中 ， Λ= NTOyAO（ △ HR） /NTCP 求解出第一段出口轉(zhuǎn)化率與出口溫度 XA1， T1。 （ 3）根據(jù)式 即，第一段出口速率等于第二段入口速率，可求出第二段入口溫度 TO2。 X=XAirAi rAi+1
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