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固定床反应器的设计

发布时间:2017-02-21

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固定床反应器的设计

固定床反应器是异丁烯生产的关键设备，直径大，结构复杂，它设计的好坏关系到整个生产的成功与否，必须引起足够的重视。
1、固定床反应器的使用要求

固定床反应器是异丁烯生产工艺流程中的第一台设备，本次设计是以已运行的产量比较低的固定床反应器为参考，进行设计。因扩产需要，所以尺寸相应加大，设备重量增加，一些元件不能选用标准件，需自行设计；并且结构上重新设计，壳程由原来的单腔改为三腔，以改善原来换热效率不高的弊端。此反应器从尺寸和重量上看是目前国内异丁烯生产中所没有的。

改进后的固定床反应器的使用要求是：外形尺寸 φ2300mmX9100mm（立式）;壳程工作压力0.4MPa,进料温度300℃，出料温度290℃，物料为导热油；管程工作压力0.1MPa,进料温度220℃，出料温度270℃，物料为异丁烯、甲醇、MTBE的混合物，换热管尺寸为φ25mmX2.5mmX6000mm。管程填装φ2mm~φ6mm无腐蚀性填料。

2、材料的选择
根据使用要求，定出壳程设计压力0.5MPa，设计温度350℃；管程设计压力0.2MPa（工艺专业要求），设计温度320℃。查有关资料，管壳程介质腐蚀性弱，压力不高，温度也在碳钢和低合金钢使用温度范围内，从经济性考虑选碳钢或低合金钢。换热管常用碳钢材料为20钢，10钢；10钢低温性能优于20钢，但20钢的高温性能优于10钢，因此选20钢（GB8163）。壳程由于温度较高，只有从常用的压力容器用钢20R，16MnR等考虑。高温下，20R许用应力比16MnR下降快，通过从强度和经济性方面的综合考虑，选16MnR。管板相应选16Mn锻件。
3、结构设计

3.1 整体结构设计

根据工艺要求管程进料是上进下出,为使进出料分布均匀，进出料管均伸进管箱并在中间开孔。为了使填料不进入进出料管中堵塞管道，进料管开孔朝上，出料管开孔朝下，并在进出料管开孔处，缠两层20目不锈钢丝网。具体见附图1。

为了对管程物料加热均匀，把壳程分为三个密闭的部分，每部分各有一个进口，一个出口。具体见附图1。

为了节省填料，下管箱出料管上侧加一栅板支撑填料。具体见附图1。

3.2 主要元件结构设计
因该设备尺寸为DN2300mm，目前标准法兰、垫片最大尺寸为DN2000mm，因此不能选标准法兰、垫片，所以参照标准中DN2000mm的法兰、垫片、进行放大设计，并用SW6计算校对。

此设备因重量超出标准支座所能承受的重量，为了加强支座的强度和刚度，在标准支座的基础上加了一个筋板和一个盖板，尺寸也相应加大，地脚螺栓孔由原来的一个变成现在的两个。具体见附图2。

4、强度计算
本设备的计算是采用过程设备强度计算软件包 SW6-98 V3.1 进行计算，主要包括管箱、壳体、管板、法兰、开孔补强等的计算。
5、制造中的要求
本设备按GB151-1999《管壳式换热器》和GB150-1998《钢制压力容器》进行制造、检验和验收，除此之外，要注意的：一是防腐底漆，因为该设备介质温度高，一般底漆容易脱落，所以用特殊的底漆，笔者选用耐高温的无机富锌底漆。二是支撑栅板的平面度，因为若支撑栅板的平面度过大，会使支撑栅板受力不均，造成支撑栅板的破坏，支撑栅板的平面度必须保持在2mm内。
6、结语
通过强度计算、结构设计，采用了多壳程结构，使固定床反应器的换热效率大大提高，节省了能源，提高了产量。该设备已投入运行一年未发现任何问题。这表明该设备设计合理，施工质量良好，完全满足异丁烯生产的使用要求。

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