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30石油与天然气化工2004

气固流化床反应器工艺计算

吴鑫干王宝珠李文生
(湖南大学化学化工学院)

摘要用Φ800mm气固流化床对丁烯进行氧化脱氢实验。对实验数据进行了工艺计算及处理,
确定了气固流化床设计参数和操作条件的计算方法,计算结果与实验结果相当符合,为以后的气固流化
床设计操作打下坚实基础。该计算的所有数据由锦州石化公司提供,并由其催化裂化装置中的实验结
果所证实。
关键词气固流化床工艺计算丁烯氧化脱氢

气固流化床技术,是20世纪中期以来化工发展的
一项重大成就。由于流化床具有很高的传热效率,温
度分布均匀,气固相之间有很大接触面积,因而强化了
操作,简化了流程,为化工、石油、冶金等工业部门的气
固非均相加工过程开辟了崭新的途径[1]。
作为化工中一门后续分支,流态化的工程和科学
原理远非完臻,现象的分析和数据的关联富于经验性,
且非常复杂和常出现矛盾[2],不利于流化床的设计和
实际应用。我们将气固流化床应用于丁烯氧化脱氢的
[3]
装置中,取得了较好的效果。本文提出并验证了工表1反应结果分布表(单位:%)

业型气固流化床设计参数和操作条件的计算方法,计收率y转化率c选择性sCO(φ)CO2(φ)OXC(φ)
算结果与实验相当符合,并对其应用提出了建议。70.677.491.22.34.50.6
注:OXC为呋喃,以下同。
1丁烯氧化脱氢制丁二烯新工艺简介
表2产物分布表(单位:φ%)
2-4-
1.1反应原理N2O2C4C4COCO2OXC总计
丁烯氧化脱氢的主副反应如下(反应热为350℃75.30.33.815.22.15.30.1100.1
的值):

主反应C4H8+1/2O2C4H6+H2O+126kJ/mol操作条件:
3=
副反应C4H8+4O24CO+4H2O+1272kJ/mol温度t=350℃;流率Sv、C4等:350m/h;O2∶C4
=
C4H8+6O24CO2+4H2O+2536.8kJ/mol=0.75;H2O∶C4=13.5;气固流化床床层线速2.0m/

C4H8+3/2O2C4H4O+2H2O+252kJ/mols;催化剂密度1.9kg/l;反应压力P=0.17MPa(绝
压);分子比C=∶O∶HO=1∶0.75∶13.5。
1.2新工艺流程422
丁烯氧化脱氢新工艺流程见图1。2.2操作条件计算
操作条件计算包括催化剂量、最小流化速度,床层
2气固流化床计算
压降和浮动床高四方面内容,它们是流化床设计、操
气固流化床计算主要包括操作条件、生产能力、物作、应用的基础内容。
料平衡和热量平衡等方面。2.2.1最小流化速度计算
[4]
2.1实验数据用适用范围最广的Ergun方程计算如下:
2
丁烯氧化脱氢反应结果见表1、表2。(1-εmf)μUmf1.75(1-εmf)ρgUmf
(1-εmf)(ρP-ρg)g=15032+3
εmf(Фdp)εmfФdp
(1)

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第33卷第1期气固流化床反应器工艺计算31

代入已知数据求得Umf=1.6381m/s点,并且适用面比较窄,大部分均是实验室研究结果,
所以,实际操作中我们选取流化床床层线速2.0应用工业实际还有很长的路要走。该方法有简捷有效
m/s是合理的。等特点,适用于工程实际应用。
2.2.2催化剂用量计算
2.3物料平衡计算
催化剂用量以下列公式计算[5]:
入口组成计算公式:Mii=MCi
ρ2-
cCcSRU出口组成计算公式()
Ge=2-(2):Moi1=M1-SNi
Vc
Moi2=M-SNi
式中:Ge为催化剂用量,kgρ;c为催化剂密度,kg/
式中:Mii为进口组分的质量流量,kg/h;Ni为反应
32-2
m;Cc为丁烯体积分率;SR为反应器截面积,m;U为
方程式系数;Moi1为反应组分剩下的量,kg/h;M为进
2-3
流化床床层线速,m/s;Vc为丁烯流率,m/h。则:
料流量,kg/h;Moi2为生成组分的量,kg/h。
π(22π2×22
SR=/4d1-9d2)=/4(0.8-90.057)=1.28m计算进口组成:
1.9×103×3.8%×0.48×2.0×36000×
C==832kgC4=6.259625%=1.564kmol/h=90.7kg/h
c300
C==4.6926kmol/h=262.79kg/h
2.2.3床层压降计算4
×3
按照Kemiec模型[6]:O2=4.69290.75=3.5195kmol/h=78.84m/h
3
-4.782N2=3.5195×79/21=1