年产11.7万吨聚甲基丙烯酸甲酯项目设计3-2反应器设计说明书.docx
反应器设计说明书目录第一龙设计概述1第二章叔丁静水合反应潺(RO1.O1.)设计22.1 反应器形式确定22.2 反应器设计条件22.3 反应器详细设计42.3.1 搅拌釜尺寸设计42.3.2 搅拌桨形式及尺寸确定52.3.3 搅拌转速确定62.3.4 通气量的确定82.3.5 搅拌功率的确定82.3.6 拌釜配件选型92.3.7 壁厚计尊132.3.8 接管计算132.4 反应器的改善142.4.1 强化佐热装置142.4.2 传质问鹿上142.5 反应潺的校核152.6 反应器校核结果242.7 谀备条件图25第一章设计概述化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置是化工生产及相关工业生产的关键设备.由于化学反应种类繁多，机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型和结构也必然差异很大,反应器的性能优良与否，不仅宜接影响化学反应本分，而I1.影响原料的预处理和产初的分小，因而反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的，反应涔设计的主要任务首先是选择反应渊的型式和操作方式,然后根据反应和物料的特点，计算所需的加科速度、操作条件（湿度、压力、组成等）及反应三s体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸,同时还应该芍虑经济的合理性和环境保护等方面的要求.在反应器设计时，除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则，在落实到具体问题时，要考虑到下列的设计要点：（1）保证物料转化率和反应时间：（2）满足物料和反应的热传递要求：（3）注意材质选刖和机械加工要求.反应器的设计主要内容包括：（I）反应器选里：（2）确定合适的工艺条件：（3）确定实现这些工艺条件所备的技术措施：（4）确定反应器的结构尺寸：（5）确定必要的控制手段。反应器按结构大致可分为管式、釜式、塔式、固定床和流化床等.表M部分反应IMett型式适用的反戌优缺点管式气相、液相返混小、所需反应器容积较小、比传热面大：但对慢速反应，管要很长,任降大釜式液相、液液相、液-固相适用性大、探作弹性大、连续操作时温度、浓度容易控制、产品质量均一，但高转化率时,I_反应一积大固定床气-固（催化或非催化）相运混小、高转化率时催化剂用fft少.催化剂不易磨损：传热控阻不易、催化剂装切麻烦流化床气固（催化或非催化）相、特别是催化剂失活很快的反应传热好、温度均匀、易控制、催化剂有效系数大：粒子输送容易、但磨耗大：床内返混大.对高弱化率不利，操作条件果断较大移动床气固（催化或非催化）相、催化剂需要不嘶再生的反应传热好、反应连续、返混小、催化剂不断循环再生:控制固体均匀下移比较困难.可能发生“贴壁'和”空腔”现领本项目为聚甲基丙烯酸甲Si的生产项目,以总厂的抽余C4中的异丁烯为主要原料,将三菱人造统公司的水合法同旭化成公司的直接氧化醋化法相结合生产甲基丙烯酸甲Sb利用溶液聚合生产聚甲基丙烯酸甲油.该工之设计异丁烯的水合、叔丁醉的氧化、甲基西爆解的直接乳化酯化以及甲基丙烯酸甲用的聚合四个，段,工艺清洁高效，能得到较高纯度聚甲菸丙端酸甲雷，第二章叔丁醇水合反应器(RO1.oD设计本项目由总厂提供的抽余C4中的异烯生产聚甲基丙烯酸甲醋,本反应器设计说明B主要详述对于第一工段中异丁优水合法制备权J肿的反应器(RO1.O1.)的设计。2.1 反应器形式确定根据对异丁烯水合反应的动力学分析,将其水合反应的动力学方程式归纳如下：畲*其中中122K2k-(4.43409X10,a+4.1422×10"Jx-T-,C.B与例并等相关.W9.楮后候步。修正J柒蠢文依对比结果及反应俄况*24OmOIfma为了节省操作费用和设备费用,采用鼓泡搅拌翁反应形式.同时，该反应为放热反应，因此采用外部循环换热方式移出反应热。根据对被泡搅拌釜中水合反应过程控制步骤的分析，可以发现整个过程为反应控刎，而对于带有外部循环换热的鼓泡搅拌釜整体而言，其可以近似认为是符合理想全混流反应器模型.W于全混流反应擀,根据物料衡算则行：卜。Gm(1.-x,r)+%")/小SCnr*。(CnMr)/(,(rw)/(rw)/其中,%和XnJE和。分别指反应器的初始流入物料总体积、异丁优的转化率、弁丁烯的反应体枳，与反应器内状态相同。将反应动力学代入上式，则可得：<cy(cr-¾)(1.+¾rCr/ucIU9xIU)此外.根据热量衡算.则有：-rfcV>1.+Qf1.j1.i-0但应当注遛的是，停留时间r为液相的停留时间，V也是鼓泡搅拌釜中的液相体积。由于液相中的级气浓度计算发杂,瓜终选择采用ASPEN中的RCSTR模块来进行模拟计算.并将温度条件设置为恒温。2.2 反应器设计条件根据ASPEN模拟结果.叔丁酹水介反应器最终采用帝行外部循环换热的鼓泡搅拌釜形式.由于组成异丁烯水合反应滞的泵、静态混合器及换热涔行相关标准,均为标准设备.因此在此不行详细设计，仪根据相关设计要求进行选型,而对于反应器的核心鼓泡搅拌釜则进行详细设计.根据模拟结果，得出叔丁静反应器进出物流如下图，ISI则是通入的是等待水合的异J烯及含有其他杂质的反应气：其中WATER1.为流入水的水合反应器的浆液，主要成分是水：TBAI是为/馄高异丁烯在水中的溶解度加入的叔丁呼助剂：1S9为产出的叔丁静和催化剂树脂浆液.表2-1IttUWMfciS计条件项目数值工作WTe64.93工作压力小Hr6设计压力小Hr6.6tttt三r79.93设备亶树m内径1.8m设备育度Zm立简段2.1m,加有两他标准EHA桶回讨头tt.亶役与KU段育度在2321中St拌叁尺寸Ift计中国.进出口进口出口I流JR号ISITBAIWATERIIS9TemperatUre(P)49.8622525.7227325.411X370Prewurefbar)6667Mo1.eF1.ow(kmo1.hr)154.3744IM)251.1721MassF1.ow(kghr)8684.77296.49122882.44511863.71Vo1.umeF1.oW(C1.Im/hr)15.692440.3781082.90112917,66024VaporFraction8.52E.O80001.iquidFraction111fSo1.idFractiunO000Mo1.arEntha1.py(kca1.mo1.)-855049-68.2549-85.7146-51.2246MassEntha1.py(kca1.kg)-151.9X7-3788.72-115639-1084.5Entha1.pyFIoW(GCa1./hr)-1.31997-0.34286-10.920812.8662Mo1.arEntropy(CaIZmnI-K)-74.573538.9408-139.46-74.0357MassEntropy(CIGM-K)-1.32556-2.16154-1.88147-1.56744Mo1.arI)ensity(km<>1.cum)9.83747455.1509410.57914.22246MassDensity(kgcm)553.4366993.5597784.1453671.7749AverageMo1.ccu1.urWeight56.25818.0152874.122847.23338ComponentMassF1.ow(kghr>NBA411.702200411.70221B289.989300289.9893IBE4626.27400855.7428IBE5061.013003061.013C2BE4.028864004.028864!,3BDE29.687850029.68785T2BE262.075900262.0759TBA0296.491205277.683H2O002882.4451671.784COmPUnCntMassFractionNBA0.047405000.034703IB0.03339】000.024443进出口物料的介质名称、组成和流状等信息如卜表2-2所示:衰-2水合反医暮(ROIOI)遂出口的科IBE0.532688000.072131IBE0352458000.258015C2BE0.000464000.000341.3BDE0.00341800O.(X)25O2T2BE0.030177000.022()91TBA0I00.44486H2O0010.140916根据流股信息,并考虑到设计压力一般取工作压力的1.05-1.1倍，设计ifi度则需比呆高温度高1.5-30o因此设计压力：Prf-P1.ftX1.1-73728×1.1B.082bar设计温度：Taif=(80+15)X=95t根据模拟结果及设计要求.得出鼓泡搅拌釜的设计条件：2.3 反应器详细设计以全混流为理想模型，确定了停留时间及液相体积之后，对搅拌釜反应器进行诸如搅拌釜口径、搅拌更高度、搅拌桨型号、气体分布器位置等舂数诳行详细设计，同时利用SW6iM行强度校核，23.1搅拌釜尺寸设计可以由液相停留时间、液相体积流会未确定液相停留体枳.并结合装液高径比确定直径.对于搅拌釜，一般液层高度与釜径的比值m=1.0-12.不妨取奘液高径比为1.2进行设计计算，根据模拟结果，所需液相反应体积为100m1.则有：(哈WO计算蒯=4.73415向上取整为480Omm.此时选择标准椭闽封头进行设计,椭圆封头长径为48(X)mm深度为939mm则椭圆封头体积为：2nabc2a×2.4X2.4×0.939V-=-=三11.70180432从而有液体高度为:10011.70180432-wo-o=43820216720.25×3.14×4×48奘液高径比为M.4.882021672K-五一*,°n满足装液腐径比1.0-1.2的要求.同时，由于这是一个鼓泡系统，取装填系数为0.65,则直筒段高度：100m14x×2.4m×2.4m×0.939m02S×v××4JBmX4.8m72Sm232携拌桨形式及尺寸确定有文献衣明，在搅拌鼓泡釜中通常枭用的桨叶是自液涡轮式，用标准的六叶或者四叶。在涡轮桨圆盘的卜方,设有进气湃，这种形式的搅拌柒能产生高度湍流并击碎气泡.并且当务IH4需要采用两层或多层桨，因此缴化反应器中枭用的是六叶渊盘涡轮.由于D反应器设计的装液裔径比小于
