ShaanGu

陜鼓集團(tuán)

“華東科技”-陡技杯

第十一屆全國(guó)大學(xué)看化工核計(jì)競(jìng)蹇

浙能蘭溪發(fā)電廠深度脫硫脫碳

及資源化利用項(xiàng)目

設(shè)備選型與典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

2017年“華東科技一陜鼓杯”

第十一屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽

浙能蘭溪發(fā)電廠

深度脫硫脫碳及資源化利用項(xiàng)目

設(shè)備選型與典型設(shè)備

設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

團(tuán)隊(duì)名稱(chēng)：“硫”住藍(lán)天

指導(dǎo)老師：郭高麗、張婷、仝芳、胡立新、陽(yáng)飛

團(tuán)隊(duì)成員：金科、夏春光、郝家樂(lè)、劉云成、安然

完成時(shí)間：2017年7月

浙能蘭溪發(fā)電廠深度脫硫脫碳及資源化利用項(xiàng)設(shè)備選型與典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

目錄

第一章總述...............................................................1

1.1過(guò)程設(shè)備的基本要求................................................1

1.2過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的作用................................................1

1.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的主要內(nèi)容......................................1

第二章反應(yīng)器設(shè)計(jì).........................................................3

2.1概述..............................................................3

2.2反應(yīng)器類(lèi)型........................................................3

2.2.1釜式反應(yīng)器（反應(yīng)釜）........................................3

2.2.2管式反應(yīng)器..................................................4

2.2.3固定床反應(yīng)器.................................................4

2.2.4流化床反應(yīng)器................................................5

2.2.5反應(yīng)器的設(shè)計(jì)條件............................................5

2.2.6反應(yīng)器計(jì)算結(jié)果..............................................5

2.3二氧化硫催化氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)........................................6

2.3.1催化劑的選取及反應(yīng)條件......................................6

2.3.2反應(yīng)器的選擇................................................6

2.3.3反應(yīng)動(dòng)力學(xué)..................................................6

2.3.4反應(yīng)器計(jì)算..................................................8

2.3.5SW6-2011強(qiáng)度校核..........................................25

2.4碳酸丙烯酯合成反應(yīng)器設(shè)計(jì).........................................31

2.4.1反應(yīng)特征...................................................31

2.4.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué).................................................32

2.4.3反應(yīng)工藝優(yōu)化...............................................32

2.5分離方案的選擇...................................................36

2.6反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...................................................37

2.6.1預(yù)反應(yīng)器的設(shè)計(jì).............................................37

2.6.2反應(yīng)器的設(shè)計(jì)...............................................37

2.6.3SW6-2011強(qiáng)度校核..........................................40

2.7反應(yīng)器設(shè)備條件圖.................................................47

第三章反應(yīng)釜............................................................48

3.1概述.............................................................48

3.1.1反應(yīng)釜的應(yīng)用...............................................48

3.1.2攪拌反應(yīng)釜的發(fā)展現(xiàn)狀.......................................49

3.2釜體和夾套的設(shè)計(jì).................................................50

3.2.1筒體的設(shè)計(jì).................................................50

3.2.2材料選擇...................................................51

3.2.3釜體的長(zhǎng)徑比與填料系數(shù).....................................52

3.2.4釜體直徑和高度計(jì)算.........................................53

3.3筒體及封頭的厚度計(jì)算.............................................54

3.3.1簡(jiǎn)體的厚度計(jì)算.............................................55

?￡2?“硫”住藍(lán)天

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浙能蘭溪發(fā)電廠深度脫硫脫碳及資源化利用項(xiàng)設(shè)備選型與典型設(shè)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

3.3.2封頭的壁厚計(jì)算.............................................56

3.3.3釜體的水壓試驗(yàn).............................................58

3.3.4釜體的壓力表量程要求.......................................58

3.3.5釜體的水壓試驗(yàn)操作過(guò)程.....................................58

3.4夾套及夾套封頭厚度計(jì)算...........................................59

3.4.1確定夾套的直徑和高度.......................................59

3.4.2夾套類(lèi)型的選擇.............................................59

3.4.3夾套厚度計(jì)算...............................................60

3.4.4夾套的水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核.................................61

3.4.5夾套的壓力表量程要求.......................................62

3.4.6夾套的水壓試驗(yàn)操作過(guò)程.....................................62

3.5封頭與筒體的連接.................................................62

3.6傳熱面積校核.....................................................64

3.7攪拌裝置設(shè)計(jì).....................................................64

3.8攪拌器的設(shè)計(jì).....................................................66

3.8.1葉輪設(shè)計(jì)...................................................66

3.8.2攪拌器功率計(jì)算.............................................68

3.8.3攪拌軸的設(shè)計(jì)...............................................69

3.9反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置...................................................71

3.9.1電動(dòng)機(jī)的選擇................................................71

3.9.2減速器的選擇...............................................72

3.9.3機(jī)架.......................................................73

3.10反應(yīng)釜的密封裝置................................................74

3.10.1填料密封...................................................74

3.10.2機(jī)械密封..................................................76

3.10.3密封裝置的選擇.............................................78

3.10.4機(jī)械密封的設(shè)計(jì)計(jì)算........................................78

3.10.5輔助密封材料的設(shè)計(jì)選材....................................81

3.10,6密封裝置整體設(shè)計(jì)..........................................83

3.11附件............................................................83

3.11.1凸緣法蘭...................................................83

3.11.2安裝底蓋..................................................84

3.11.3聯(lián)軸器的選擇..............................................85

3.11.4設(shè)備支座..................................................86

3.11.5吊耳的設(shè)計(jì).................................................88

3.11.6設(shè)備接管的設(shè)計(jì)............................................88

3.11.7開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)..............................................91

第四章氣液分離器........................................................96

4.1設(shè)計(jì)依據(jù).........................................................96

4.2分離器類(lèi)型的選擇.................................................96

4.3立式重力分離器的尺寸設(shè)計(jì).........................................96

4.3.1V0101氣液分離器...........................................96

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4.3.2直徑計(jì)算...................................................98

4.3.3高度計(jì)算...................................................98

4.3.4入口接管...................................................99

4.3.5出口接管...................................................100

4.3.6壁厚計(jì)算..................................................100

4.3.7液壓試驗(yàn)..................................................101

4.4臥式重力分離器的尺寸設(shè)計(jì)........................................101

4.4.1V0302氣液分離器...........................................101

4.4.2浮動(dòng)流速..................................................102

4.4.3直徑計(jì)算...................................................102

4.4.4分離器圓筒部分的長(zhǎng)度......................................103

4.4.5分離器液面高度............................................103

4.4.6進(jìn)出口接管直徑............................................103

4.4.7壁厚計(jì)算..................................................104

4.4.8液壓試驗(yàn)..................................................104

4.5氣液分離器一覽表................................................105

第五章蒸發(fā)器...........................................................106

5.1概述............................................................106

5.1.1循環(huán)式換熱器..............................................106

5.1.2單程型換熱器...............................................107

5.1.3直接接觸傳熱的蒸發(fā)器......................................108

5.2蒸發(fā)器選型原則..................................................108

5.2.1選型應(yīng)考慮的有關(guān)因素......................................109

5.2.2選型的定性準(zhǔn)則............................................109

5.3設(shè)計(jì)實(shí)例........................................................110

5.3.1原料物性..................................................110

5.3.2蒸發(fā)器操作條件............................................110

5.3.3各效蒸發(fā)量和完成液濃度的計(jì)算..............................111

5.3.4各效溶液沸點(diǎn)和有效溫度差的確定............................111

5.3.5加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量的計(jì)算........................114

5.4蒸發(fā)器的傳熱面積................................................115

5.5有效溫度的再分配................................................116

5.5.1重新分配各效的有效溫度差：.................................116

5.5.2重復(fù)上述計(jì)算步驟...........................................116

5.6計(jì)算結(jié)果如下表..................................................118

5.7蒸發(fā)器工藝尺寸計(jì)算..............................................119

5.8接管尺寸的確定..................................................122

5.8.1溶液進(jìn)出口................................................122

5.8.2加熱蒸汽進(jìn)口與二次蒸汽出口................................122

5.8.3冷凝水出口................................................123

5.9蒸發(fā)裝置的輔助設(shè)備..............................................123

5.9.1氣液分離器................................................123

?￡2?“硫”住藍(lán)天

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5.9.2蒸汽冷凝器................................................123

5.9.3泵的選型...................................................125

5.9.4預(yù)熱器的選擇..............................................125

5.9.5主要設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算及校核.....................................126

第六章?lián)Q熱器設(shè)計(jì).......................................................129

6.1換熱器設(shè)計(jì)依據(jù)..................................................129

6.1.1選型原則..................................................129

6.1.2換熱器命名................................................130

6.2換熱器工藝方案的確定............................................130

621換熱器概述.................................................130

6.2.2換熱器選型................................................131

6.2.3換熱管規(guī)格選擇............................................134

6.2.4殼程數(shù)和臺(tái)數(shù)..............................................135

6.2.5工藝條件選擇..............................................135

6.2.6換熱器設(shè)計(jì)條件............................................139

6.2.7換熱器計(jì)算結(jié)果............................................139

6.3換熱器設(shè)計(jì)E0104/E0201舉例......................................139

6.3.1工藝模擬數(shù)據(jù)(E0104)................................................................................139

6.3.3換熱器E0201工藝模擬數(shù)據(jù)..................................147

6.4換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)及校核..........................................149

6.4.1選材......................................................149

6.4.2管板的選擇.................................................149

6.4.3E0104換熱器強(qiáng)度校核.......................................150

6.4.4E0201換熱器強(qiáng)度校核.......................................175

6.5換熱器設(shè)備條件圖................................................190

第七章結(jié)晶釜...........................................................191

7.1結(jié)晶釜的結(jié)構(gòu)....................................................191

7.1.1結(jié)晶釜的功能和用途.........................................191

7.1.2結(jié)晶釜的反應(yīng)條件...........................................191

7.2各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計(jì)計(jì)算..................................192

7.2.1筒體的設(shè)計(jì).................................................192

7.2.2封頭與簡(jiǎn)體的連接..........................................203

7.2.3傳熱面積校核..............................................204

7.2.4攪拌裝置設(shè)計(jì)..............................................205

7.2.5反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置............................................211

7.2.6反應(yīng)釜的密封裝置..........................................214

7.2.7附件......................................................223

728設(shè)備接管的設(shè)計(jì).............................................228

7.2.9開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)..............................................230

第八章流化床干燥器選型設(shè)計(jì).............................................235

8.1概述............................................................235

8.1.1流態(tài)化現(xiàn)象................................................235

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8.1.2流化床干燥器的特征........................................236

8.1.3流化床干燥器的形式........................................237

8.1.4干燥器選形時(shí)應(yīng)考慮的因素..................................237

8.1.5干燥原理..................................................238

8.2主體設(shè)備設(shè)計(jì)及工藝計(jì)算..........................................238

8.2.1主體設(shè)備的選擇............................................238

8.2.2輔助設(shè)備的選擇............................................239

8.2.3物料離開(kāi)干燥器的溫度夕...................................240

8.2.4干燥器工藝尺寸設(shè)計(jì)........................................242

8.3干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..................................................245

8.3.1布?xì)庋b置設(shè)計(jì)..............................................245

8.3.2分隔板設(shè)計(jì)................................................246

8.3.3物料出口堰高h(yuǎn)..........................................................................................247

8.4干燥器設(shè)計(jì)結(jié)果表................................................247

8.5附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型............................................249

8.5.1物料供給器的選擇..........................................249

8.5.2空氣加熱器................................................250

8.5.3送風(fēng)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)............................................250

第九章儲(chǔ)罐的選型設(shè)計(jì)...................................................251

9.1儲(chǔ)罐選型依據(jù)....................................................251

9.2概述............................................................251

9.2.1立式平底筒形儲(chǔ)罐的選型方法................................252

9.2.2球形儲(chǔ)罐的選型方法........................................252

9.3原料儲(chǔ)罐........................................................252

9.3.1液氨儲(chǔ)罐..................................................252

9.3.2環(huán)氧丙烷儲(chǔ)罐..............................................253

9.4產(chǎn)品儲(chǔ)罐........................................................253

9.4.1硫酸儲(chǔ)罐..................................................253

9.4.2丙二醇儲(chǔ)罐................................................254

9.4.3碳酸丙烯酯儲(chǔ)罐............................................254

9.5儲(chǔ)罐選型一覽表..................................................255

第十章泵選型設(shè)計(jì).......................................................256

10.1泵的概述及選型依據(jù).............................................256

10.2工業(yè)用泵的分類(lèi)和適用范圍.......................................256

10.3化工裝置對(duì)泵的要求.............................................257

10.4泵的選型原則...................................................258

10.5新型屏蔽泵（P0308）的選型......................................259

10.5.1選型方法.................................................259

10.5.2進(jìn)出口液體流速...........................................260

10.5.3揚(yáng)程計(jì)算.................................................260

10.5.4選型結(jié)果.................................................261

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10.6其他泵的選型........................................................261

10.7泵選型一覽表.......................................................265

第十一章壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì).............................................266

11.1選型原則............................................................266

11.2選型結(jié)果............................................................267

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第一章總述

1.1過(guò)程設(shè)備的基本要求

過(guò)程設(shè)備最基本的要求是滿(mǎn)足安全性與經(jīng)濟(jì)性。安全是核心，在充分保證安全的前

提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性包括經(jīng)濟(jì)的制造過(guò)程、經(jīng)濟(jì)的安裝、使用與維護(hù)、設(shè)備的

長(zhǎng)期安全運(yùn)行本身就是最大的經(jīng)濟(jì)。在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，為了確保安全與經(jīng)濟(jì)，

過(guò)程設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求。

首先，結(jié)構(gòu)合理、安全可靠，過(guò)程設(shè)備上所有部件都必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)

定性、可靠的密封性和一定的耐久性；其次，設(shè)備必須具有先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，技術(shù)

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是衡量過(guò)程設(shè)備優(yōu)劣的重要參數(shù)；然后，運(yùn)轉(zhuǎn)性能好、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)方便；

最后，還要具有優(yōu)良的環(huán)境性能。

上述要求很難全部滿(mǎn)足，設(shè)計(jì)選用時(shí)應(yīng)針對(duì)具體問(wèn)題具體分析，滿(mǎn)足主要要求，兼

顧次要要求。

1.2過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的作用

設(shè)備工藝設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?；ぴO(shè)備從工藝設(shè)計(jì)的角度可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)

是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或定型設(shè)備，是成批、成系列生產(chǎn)的設(shè)備，并可以從廠家的產(chǎn)品目錄或手冊(cè)

中查到其規(guī)格及型號(hào)，可直接從設(shè)備生產(chǎn)廠家購(gòu)買(mǎi)；另一類(lèi)是非標(biāo)設(shè)備或稱(chēng)非定型設(shè)備,

是根據(jù)工藝要求、通過(guò)工藝計(jì)算及設(shè)備專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)、需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備，

然后由有資格的廠家制造。

1.3過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的主要內(nèi)容

（1）確定單元操作所用設(shè)備的類(lèi)型：這項(xiàng)工作應(yīng)與工藝流程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。

（2）確定設(shè)備的材質(zhì)：根據(jù)工藝操作條件（溫度、壓力、介質(zhì)的性質(zhì)）和對(duì)設(shè)備

的工藝要求確定符合要求的設(shè)備材質(zhì)。這項(xiàng)工作應(yīng)與設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人員共同完成。

（3）確定設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)是由工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量

衡算、設(shè)備的工藝計(jì)算多項(xiàng)工作得到的。對(duì)不同的設(shè)備，它們有不同的設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)塔

“硫”住藍(lán)天

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設(shè)備，需要確定進(jìn)出口物料的流量、組成、溫度、壓力塔徑與塔的材質(zhì)、填料類(lèi)型與填

料高度或塔板類(lèi)型與塔板數(shù)等，對(duì)于精儲(chǔ)塔還要確定塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負(fù)

荷、換熱流體的種類(lèi)等；對(duì)換熱器，則需要知道熱負(fù)荷、換熱面積、冷熱流體的種類(lèi)及

流量。

（4）確定定型設(shè)備（即標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）的型號(hào)或牌號(hào)以及數(shù)量：定型設(shè)備是一些加工

廠成批、成系列生產(chǎn)的設(shè)備，即那些可以直接向生產(chǎn)廠家訂貨或購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)成設(shè)備。對(duì)已

有標(biāo)準(zhǔn)圖紙的設(shè)備，確定標(biāo)準(zhǔn)圖的圖號(hào)和型號(hào)。隨著中國(guó)化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，有些

本來(lái)用于非標(biāo)設(shè)備的化工裝置，已逐步走向系列化、定型化。這些設(shè)備包括換熱器系列、

容器系列、搪玻璃設(shè)備系列以及圓泡罩、F1型浮閥和浮閥塔塔盤(pán)系列等已有相應(yīng)的國(guó)

家標(biāo)準(zhǔn)。

（5）對(duì)非標(biāo)設(shè)備：向化工設(shè)備專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員提出設(shè)計(jì)條件和設(shè)備草圖，明確設(shè)備

的型式、材質(zhì)、基本設(shè)計(jì)參數(shù)、管口、維修安裝要求、支承要求及其他要求（如防爆口、

人孔、手孔、卸料口、液面計(jì)接口等）。

（6）編制工藝設(shè)備一覽表：在初步設(shè)計(jì)階段，根據(jù)設(shè)備工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果，編制工

藝設(shè)備一覽表，可按非定型工藝設(shè)備和定型工藝設(shè)備兩類(lèi)編制。初步設(shè)計(jì)階段的工藝設(shè)

備一覽表作為設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的組成部分提供給有關(guān)部門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)審查。

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第二章反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.1概述

化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生

產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)化學(xué)反應(yīng)種類(lèi)繁多、機(jī)理各異，因此，為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需

要，化學(xué)反應(yīng)器的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。反應(yīng)器的性能優(yōu)良與否，不僅直接影響

化學(xué)反應(yīng)本身，而且影響原料的預(yù)處理和產(chǎn)物分離，因此，反應(yīng)器設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮

的工藝和工程因素應(yīng)該是多方面的。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)首先是選擇反應(yīng)器的型式和操作方式，然后根據(jù)反應(yīng)和物料

的特點(diǎn)，計(jì)算所需的加料速度、操作條件（溫度、壓力、組成）及反應(yīng)體積，并以此確

定反應(yīng)器主要構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)的合理性和環(huán)境保護(hù)等方面的要求。

2.2反應(yīng)器類(lèi)型

2.2.1釜式反應(yīng)器（反應(yīng)釜）

這種反應(yīng)器通用性很大、造價(jià)不高、用途最廣。它可以連續(xù)操作，也可以間歇操作。

連續(xù)操作時(shí)可以多個(gè)釜串聯(lián)反應(yīng)，停留時(shí)間可以有效地控制。國(guó)家已有K型和F型兩類(lèi)

反應(yīng)釜列成標(biāo)準(zhǔn)。K型是有上蓋的釜，形狀偏于“矮胖型”（長(zhǎng)徑比較?。?。F型沒(méi)有

上蓋形狀則偏于“瘦長(zhǎng)型”（長(zhǎng)徑比較大），材質(zhì)有碳鋼、不銹鋼、搪玻璃等幾種。高

壓反應(yīng)器、真空反應(yīng)器和常減壓反應(yīng)器、低壓常壓反應(yīng)器都已系列化生產(chǎn)，供貨充足。

有些化工機(jī)械廠家接受修改圖紙進(jìn)行加工，化工設(shè)計(jì)人員可以提出個(gè)別的特殊要求，在

一系列反應(yīng)釜的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)。

釜式反應(yīng)器的傳熱面積和攪拌形式基本上都是固定的。在選型設(shè)計(jì)時(shí)，如不能選用

系列化產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)提出設(shè)備設(shè)計(jì)條件，依修改型加工。

釜式反應(yīng)器比較靈活通用，在間歇操作時(shí)，只要設(shè)計(jì)好攪拌，可以使釜溫均一、濃

度均勻、可以調(diào)控反應(yīng)時(shí)間，也可以常壓、加壓、減壓操作，范圍較大，而且反應(yīng)結(jié)束

后出料容易、清洗方便，其機(jī)械設(shè)計(jì)亦十分成熟。

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釜式反應(yīng)器可用于串聯(lián)操作，使物料從一端流入，在另一端出料形成連續(xù)流動(dòng)。多

釜串聯(lián)時(shí)，可以認(rèn)為形成活塞流，反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速度恒定，反應(yīng)還可以分段進(jìn)行控

制。

2.2.2管式反應(yīng)器

近年來(lái)此種反應(yīng)器在化工生產(chǎn)使用越來(lái)越多，而且越來(lái)越趨向大型化和連續(xù)化。它

的最大特點(diǎn)是傳熱面積大、傳熱系數(shù)高、反應(yīng)可以連續(xù)化、流體流動(dòng)快、物料停留時(shí)間

短，經(jīng)過(guò)一定的控制手段，可以使管式反應(yīng)器具有一定的溫度梯度和濃度梯度。根據(jù)不

同的化學(xué)反應(yīng)，可以有直徑和長(zhǎng)度千差萬(wàn)別的形式。此外，由于管式反應(yīng)器直徑較小(相

對(duì)于反應(yīng)釜)因而能耐高溫、高壓。由于管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品穩(wěn)定，塔的應(yīng)用范

圍越來(lái)越廣。

管式反應(yīng)器可以用于連續(xù)生產(chǎn)，也可以用于間歇操作，反應(yīng)物不返混。管長(zhǎng)和管徑

是反應(yīng)器的主要指標(biāo)，反應(yīng)時(shí)間是管長(zhǎng)的函數(shù)，管徑?jīng)Q定于物料的流量，反應(yīng)物濃度在

管長(zhǎng)軸線上，濃度呈梯度分布，但不隨時(shí)間變化，不像單間歇釜操作那樣。

2.2.3固定床反應(yīng)器

此種反應(yīng)器主要用于氣/固相反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、便于控制、易于實(shí)現(xiàn)連

續(xù)化。床型多種多樣、易于大型化，可根據(jù)流體流動(dòng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和規(guī)劃床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

和內(nèi)構(gòu)件排布。固定床反應(yīng)器是近代化學(xué)工業(yè)使用較早由較普遍的反應(yīng)器，此類(lèi)反應(yīng)器

有較高的反應(yīng)溫度、較大的傳熱面積、較高的氣體流速、較高的傳熱和傳質(zhì)系數(shù)，加熱

的方式比較靈活。

基本類(lèi)形有以下3種：

(1)軸向絕熱式：流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床層同外界無(wú)熱交換。

(2)徑向絕熱式：流體沿徑向流過(guò)床層，可采用離心流動(dòng)或向心流動(dòng)形式，床層與

外界不發(fā)生熱交換。與軸向絕熱式反應(yīng)器相比，徑向絕熱式反應(yīng)器中流體流動(dòng)的距離較

短、流道截面積較大、流體的壓力降較小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。軸向絕熱式固定床反應(yīng)器和

徑向絕熱式固定床反應(yīng)器都屬于絕熱反應(yīng)器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大或反應(yīng)系統(tǒng)能夠承

受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。

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（3）列管式固定床反應(yīng)器：是由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成，適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。

但是固定床反應(yīng)器床層的溫度分布不容易均勻，由于固相粒子不動(dòng)，床層導(dǎo)熱性不太好，

因此對(duì)于放熱量較大的反應(yīng)，應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)增大傳熱面積、及時(shí)移走反應(yīng)熱，但相應(yīng)地減

小了有效空間，這是此類(lèi)床型的缺點(diǎn)，盡管后起的流化床在傳熱上有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于

固定床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、停留時(shí)間較長(zhǎng)且易于控制、加上化工工程使用的習(xí)慣，因

此固定床仍不能完全被流化床所取代。

2.2.4流化床反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)是細(xì)的或粗的固體粒子在床內(nèi)不是靜止不動(dòng)的，而是在高速流

體的作用下，被擾動(dòng)懸浮起來(lái)，劇烈運(yùn)動(dòng)，固體的運(yùn)動(dòng)形態(tài)接近于可以流動(dòng)的流體，故

稱(chēng)為流化床。由于物料在床內(nèi)如沸騰的液體（被很多氣泡懸?。?，因此又稱(chēng)沸騰床。使

固體流態(tài)化的介質(zhì)（也可以是液體），因此流化床越來(lái)越被化工工程師重視，適用于氣

/固和液-固相反應(yīng)。

流化床反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，傳熱效果好。流態(tài)化較好的

流化床，其床內(nèi)各點(diǎn)溫度相差不會(huì)超過(guò)5C,可以防止局部過(guò)熱。流化床的進(jìn)料、出料、

排廢渣都可以用氣流流化的方式進(jìn)行，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和控制，

生產(chǎn)能力較大，在氣相/氣相反應(yīng)物（固相催化）、氣相/固相反應(yīng)物、氣相/液相反應(yīng)物

（固相催化）、液相/液相反應(yīng)物（固相催化）以及液相/固相反應(yīng)物體系中越來(lái)越普遍

地被應(yīng)用。

由于流化床體系內(nèi)物料返混嚴(yán)重，粒子磨損嚴(yán)重，通常要有粒子回收和集塵的裝置，

另外存在床型和構(gòu)件比較復(fù)雜、操作技術(shù)要求高以及造價(jià)較高等問(wèn)題。

2.2.5反應(yīng)器的設(shè)計(jì)條件

本項(xiàng)目所采用的反應(yīng)器為固定床管殼式反應(yīng)器，詳細(xì)的設(shè)計(jì)條件一覽表見(jiàn)《附錄-4

設(shè)備選型一覽表》1.2節(jié)反應(yīng)器選型一覽表。

2.2.6反應(yīng)器計(jì)算結(jié)果

本項(xiàng)目反應(yīng)器的計(jì)算結(jié)果包括：設(shè)備筒體壁厚、封頭壁厚、管板壁厚、設(shè)備法蘭復(fù)

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核，詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)《設(shè)計(jì)源文件》中《SW-6強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)源文件》的反應(yīng)器強(qiáng)度設(shè)計(jì)

計(jì)算書(shū)。

2.3二氧化硫催化氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.3.1催化劑的選取及反應(yīng)條件

S109-1型寬溫區(qū)銳催化劑兼具中、低溫帆催化劑的特性。起燃溫度低，低中溫活性

好，在一轉(zhuǎn)一吸和兩轉(zhuǎn)兩吸制酸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器各段中均能使用。在硫酸廠中實(shí)際應(yīng)用證

明，S109-1可縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間，降低能耗,提高轉(zhuǎn)化率，減輕環(huán)境污染。S109-1可同時(shí)代

替S108型低溫催化劑和S101型中溫催化劑。

表2-1S109-1銳催化劑性能及反應(yīng)條件

化學(xué)組成：?

V2O5：8.2?8.6%SiO2：60?65%K/V2.652.75%

顏色：黃色或棕黃色外形：05X5-堆積密度：0.65?

15圓柱形顆粒0.70kg/L

物理性質(zhì)

活性（S02轉(zhuǎn)化率）：410（時(shí)230%；485℃徑向壓裂強(qiáng)度（酸泡）：》

時(shí)281%5kg/cm

工業(yè)起燃溫度340?35（TC操作溫度范圍380?640℃

操作壓力常壓空速2000b-1

2.3.2反應(yīng)器的選擇

本工藝反應(yīng)為S02催化氧化反應(yīng)，進(jìn)反應(yīng)器前原料氣體組成：21.7%SO2,17.1%02,

61.2%N2O由于原料氣中的SO2很高，為了很好的控制反應(yīng)溫度，便于傳熱，故選擇列

管式固定床反應(yīng)器。它的優(yōu)點(diǎn)有：傳熱較好、管內(nèi)溫度較易控制；返混小、選擇性較高;

催化劑機(jī)械損耗??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資和操作費(fèi)用相對(duì)較小。

2.3.3反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

目前硫酸工業(yè)中二氧化硫催化氧化反應(yīng)所用催化劑仍然是鋼催化劑，也稱(chēng)為帆觸

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媒。以五氧化二鋼（V2O5含量5%?10%為主催化劑，氧化鉀（庫(kù)0）為助催化劑，以

硅藻土（主要成分是SiCh）為載體而制成的。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，二氧化硫催化氧化作

為氣-固相催化反應(yīng)，反應(yīng)分為吸附、表面反應(yīng)和脫附三個(gè)過(guò)程。

1、帆催化劑上存在著活性中心，氧分子吸附在它上面后，0-0鍵遭到破壞甚至斷

裂，使氧分子變?yōu)榛顫姷难踉?，它比氧分子更易與S02反應(yīng)

2、SO2吸附在銳催化劑的活性中心，S02中的S原子受活性中心的影響被極化。因

此很容易與原子氧結(jié)合在一起，在催化劑表面形成絡(luò)合狀態(tài)的中間物種。

3、這一絡(luò)合狀態(tài)的中間物種，性質(zhì)相當(dāng)不穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的電子重排，生成了性

質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的吸附態(tài)物。催化劑?SO2?0-＞催化劑?SO3

4、吸附態(tài)物種在催化劑表面解吸而進(jìn)入氣相。

根據(jù)所使用S02催化氧化的催化劑，反應(yīng)模擬使用的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為

T.K.Bopeck\方程:

KTP。。-時(shí)

r=---------------...........—

1+A.以

Pso,

式中：lg/G=粵亙—4.6455；---------加示一。

Pso；P。2Kp

在653K~733K范圍內(nèi)A=0.80,在733K~843K范圍內(nèi)A=0.89。

根據(jù)反應(yīng)的不同溫度范圍，動(dòng)力學(xué)模型分別為：

在653K~733K范圍內(nèi)

-123035（2、

4.8713x10xe/尸o

Y=----------------

p

l+0.8x^oi

Po,

在733K~843K范圍內(nèi)

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-67300

5.3824X?

r=------------

l+0.89x

2.3.4反應(yīng)器計(jì)算

為了達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，固定床列管式反應(yīng)器采用四段催化劑床層進(jìn)行so,氣體的

轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)前三段轉(zhuǎn)化后的氣體進(jìn)入到第一吸收塔T0202進(jìn)行吸收后，再經(jīng)過(guò)第四段催

化劑轉(zhuǎn)化的氣體進(jìn)入到第二吸收塔T0203。

表2-2反應(yīng)器進(jìn)出物流信息

第一段第二段第三段第四段

inoutinoutinoutinout

溫度。C430583.08480510.37440467.36420425.07

壓力0.10.10.10.10.10.10.10.1

MPa

氣相分11111111

率

質(zhì)量流1737.181694.331694.331737.171737.171737.17923.64923.64

率kglh3656564747343736

體積流1065.14965.932965.932971.980971.980950.936723.53721.94

248888123

m/h

密度1.63091.75411.75411.78731.78731.82681.27661.2794

kgini

組分質(zhì)量流率總/〃

so2659.869263.947263.94792.38192.38176.59879.48160.3972

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