1、大型流化床反应器的结构设计摘 要：本文主要讲述我公司生产的直径 4.2 米，总高度 28.4 米的流化床反应器的结构设计，对流化床反应器的结构制造，具有一定的参考价值。 关键词：流化床反应器 气体分布器 换热装置 旋风分离器 流化床反应器是一种以一定流速的流体（原料油和氢气）从反应器下部进人而通过装填微粒（或细粉）催化剂的床层时，使催化剂粒间空隙率随流速渐增而逐渐拉开，催化剂床层体积开始膨胀，直至催化剂床层被流体托起的反应设备。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反应热的化学反应，同时换热器的传热面积
2、可以减小，结构更紧凑。 流化床反应器的结构型式很多，我公司设计的该流化床反应器主要部件有壳体、气体分布器、换热装置、气固分离装置（旋风分离器）等。一、壳体 可分为圆筒形和圆锥形流化床。圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低。根据工艺要求该设备采用圆筒形，公称直径为 DN4200mm。强度计算根据压力和直径按现行规范 SW6-2011 进行计算，流化床反应器的操作温度为 350，操作压力为 0.3Mpa，设计温度为 400，设计压力为 0.5Mpa，材料选择 Q345R，该种材料在设计温度下的许用应力为 125Mp
3、a，流化床体采用单面对接焊，全部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为 =1，壁厚的附加量取 c=2mm，故流化床壁厚选定为 20mm，并且焊后整体消除应力热处理，以满足强度、刚度及稳定性的需要。流化床反应器的锥底采用锥角 90，其作用是对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 二、气体分布器 气体分布器是流化床的主要构件之一，它具有支承催化剂、均布气体、气体整流、稳定操作，强化传热传质等作用。一般流化床气体分布器设计的要求是结构简单，阻力小，不漏料、不堵塞、制造方便等。 一般来说，气体分布器需要有足够的压降，这样才能保证气体在整个床层截面上的均匀分布，分布器压降大于整个床层压降的 10%-30%，是对
4、分布器压降较常见的要求。但在实际工业应用中，因为床层较高，为了减小压头损失，气体分布器的压降有时设计在全床压降的 5%左右。 在气体分布器上方的一定距离内，气、固两相的流动行为受分布器影响很大，而与床层主体有明显不同，分布板对整个流化床的直接作用范围仅 0.20.3m，然而它对整个床层的流态化状态却具有决定性的影响，该区域习惯上被称为“分布器控制区”或“分布板区” 。在生产过程中常会由于分布板设计不合理，气体分布不均匀，造成沟流和死区等异常现象。分布器控制区内的流动行为及传热、传质对整个流化床的功效都可能产生较大作用，尤其是在进行快速反应的流化床化学反应器中，这一点表现得特别明显。根据流体力学
5、原理，流体在圆型截面壳体中的流速分布呈抛物线型，即中心流速较大。为了达到均匀布气之目的，该流化床反应器分布板的开孔按正三角形排列。 三、换热装置 流化床反应器生产过程属放热反应，反应过程中的大量热量必须及时移出，否则会导致催化剂失活，影响生产的正常进行。流化床换热装置包括反应壳体器壁和浸没于床内的管束，其换热面积由过程本身的热效应大小决定。当反应具有较大的反应热或生成热时，可采用换热管或夹套换热器对床层进行加热或冷却。 本设备采用换热管进行加热，总换热面积为 530m2，换热装置如图。 由于该反应在催化剂的作用下，其反应速度极快。据国内某研究单位测试分析证明，在距离分布板板面 500mm 的距
6、离之内，原料就会转化80%以上。热量也比较集中地在此段内产生。因此在设计上应尽可能将换热管伸向分布板。 四、气固分离装置 在流化过程中，小的颗粒总不免被流体带到反应器的上部或外部，尤其是在气速较大的操作状态下，被气体带走的固体颗粒的数量是很大的。流化床内的固体催化剂颗粒极细，但其在化学反应中的作用极大，如若流失严重，势必使床内的催化剂负荷增加，影响转化率，造成产品终点升高，生产周期缩短，影响产品的产量和质量。因而在流化床中心须有气固分离装置。气固分离装置一般为旋风分离器，旋风分离器可以放在床内（内旋风） ，也可以放在床外（外旋风） ，如颗粒夹带较多或夹带颗粒粒度分布较宽时，有可能需要多级旋风分
7、离器来分离。经旋风分离器回收的颗粒，常常通过返料管返回流化床。 为防止小粒径催化剂颗粒随气体被带出，回收这部分颗粒，故在该流化床顶部设立三级旋风分离器。依靠离心力的作用，使气流中的气体和固体颗粒分离。好的旋风分离器对粒径较小的颗粒分离效率高。旋风分离器成功操作的一个重要因素是，料腿中不能有向上“倒窜”的气流，而只能有向下流动的固体颗粒。因此，在料腿的末端一般设有特殊的反窜气装置。例如，出口在自由空域内的料腿底部装有翼阀，浸入浓相的料腿底部也往往设有锥形堵头一类的装置。 五、总结 本公司制造的流化床反应器，设计比较合理，满足用户要求，安全性、经济性及环保要求均合格。 参考文献 1 中国石化集团上海工程有限公司，化工工艺设计手册，化学工业出版社，2009 2 李佑楚，流态化过程工程导论，科学出版社，2008 3 陈炳和，化学反应过程与设备，化学工业出版社，2009 4 陈诵英，催化反应器工程，化学工业出版社，2011 作者简介：秦丽芳（1985-） ，女，山东省邹城市人，工作单位：兖矿集团邹城金明机电有限公司，职务：技术人员。 李晓犇（1987-） ，男，山东省邹城市人，工作单位：兖矿集团邹城金明机电有限公司，职务：技术人员。
