量地从装置中移出、引入，并可以在两个流化床之间大量循环。这使得一些反应 一再生、吸热一放热、正反应一逆反应等反应耦合过程和反应一分离耦合过程得 以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用[8]。 流化床反应器的缺点:
（1）气体流动状态与活塞流偏离较大，气流与床层颗粒发生返混，以致在
床层轴向没有温度差及浓度差。加之气体可能成大气泡状态通过床层，使气固接 触不良，使反应的转化率降低。因此流化床一般达不到固定床的转化率。 (2)催化剂颗粒间相互剧烈碰撞，造成催化剂的损失和除尘的困难。 (3)由于固体颗粒的磨蚀作用，管子和容器的磨损严重。虽然流化床反应
器存在着上述缺点，但优点是主要的。流态化操作总的经济效果是有利的，特别 是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点，对于热效应很大的 大规模生产过程特别有利。
4.2 选型依据
表4.2反应器设计依据 《化工设备设计基础规定》 HG/T 20643 《钢制压力容器焊接规程》 JB/T 4709 《钢制化工容器制造技术要求》 HG 20580-1998 《钢制化工容器设计基础规定》 20584-1998 《钢制化工容器材料选用规定》 20582-1998 《钢制化工容器强度计算规定》 20583-1998 《钢制化工容器结构设计规定》 20581-1998
对于特定的反应过程，反应器的选型需综合考虑技术、经济及安全等诸方面的因素。反应过程的基本特征决定了适宜的反应器形式。例如气固相反应过程大用固定床反应器、流化床反应器或移动床反应器。但是适宜的选型则需考虑反应 的热效应、对反应转化率和选择率的要求、催化剂物理化学性态和失活等多种因素，甚至需要对不同的反应器分别作出概念设计，进行技术的和经济的分析以才能确定。 除反应器的形式以外，反应锅的操作方式和加料方式也需考虑。例如,对于 有串联或平行副反应的过程,分段进料可能优于一次进料。温度序列也是反应器 选型的一个重要因素。例如，对于放热的可逆反应，应采用先高后低的温度序列， 多级、级间换热式反应器可使反应器的温度序列趋于合理。反应器在过程工业生 产中占有重要地位。就全流程的建设投资和操作费用而言，反应器所占的比例未 必很大。但其性能和操作的优劣却影响着前后处理及产品的产量和质量，对原料 消耗、能量消耗和产品成本也产生重要影响。因此，反应器的研究和开发工作对 于发展各种过程工业有重要的意义。
4.3 羰基合成反应器设计
4.3.1 反应器的类型确定
原料经由三级压缩装置达到羰基缩合反应条件，95℃、16.5bar。铑一三苯
基膦催化体系溶于无铁丁醛溶液中形成液相催化环境，原料丙烯与合成气由连续搅拌式釜式反应器底部气体分布器进入到反应罐中，在此操作条件下，铑催化剂活性高，选择性强。
4.3.2 化学反应
羰基合成反应工段
图
4-3羰基反应工段
原料经由三级压缩装置达到羰基缩合反应条件：95℃、16.5bar。铑-三苯 基膦催化体系溶于无铁丁醛溶液中形成液相催化环境，原料丙烯与合成气由连续 搅拌式釜式反应器底部气体分布器进入到反应罐中，在此操作条件下，铑催化剂 活性高，选择性强，因此反应体系中主要的反应有：原料羰基缩合生成混合丁醛 及丁醛三聚物。通过 2 级反应器串联的方式提高原料的转化率，将反应的产物、 副产物、未反应的原料及催化剂通过两级闪蒸罐除去大部分的轻组分及形成催化 剂液相体系，在此催化剂的回收做概念性设计。本工段主要反应器中的物料衡算数据见于下表： 整个流程中涉及到的反应主要是羰基合成反应，缩合反应，加氢反应。主要反应如下：
（1）主反应 羰基合成的主反应是生成正构醛，
（2）副反应 羰基合成的平行副反应是异构醛的生成和原料烃的加氢。
4.3.3 物料衡算
2.4.3羰基合成反应器物料衡算表
R0101A 羰基合成反应器
R101AREC
Temperature C
Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr
H2 CO CH4 PROPY-01
PROPA-01 ETHYL-0
1 N-BUT-01ISOBU-01 H2O 2:2:4-01 NBUOH IBUOH EPA2-EH EMPEL EHAEMPOH
R101A-IN R101A-OU
95.0010689
17 0.8703765 1133.65475 33792.8742 1765.58418 -23.556944
Mass Flow kg/hr
90 1 1 6320.69424 135174.002 190742.542 -64.973664 4738.43909 61792.3757 4834.02072 39641.1709 8213.84155 5196.93894 9262.54807 1375.25618 1.88860068 9.7792e-05 74.9045862 42.578553 0.00134851 0.00354246
0 0.03444085
0
95 17 0.87037931 5668.27376 168964.371 8827.93468 -117.78472 3670.41296 46005.7338 6042.41118 2529.26247 10372.2532 6495.63291 84671.0551 9028.34011 2.36110507 0.00012222 93.6341332 53.2249022 0.00168565 0.00442810
0 0.04305135
0
734.082592 9201.14677 1208.48224 505.852494 2074.45063 1299.12658 16934.211 1805.66802 0.47222101 2.4445e-05 18.7268266 10.6449804 0.00033713 0.00088562
0 0.00861027
0
ETHAN-0
1
0
R0101A 羰基合成反应器 R101AREC
Mass Frac
0
R101A-IN
0
R101A-OU
H2
CO CH4 PROPY-01 PROPA-01 ETHYL-01 N-BUT-01 ISOBU-01 H2O 2:2:4-01 NBUOH IBUOH EPA 2-EH EMPEL 0.021723 0.27228068 0.03576145 0.01496920 0.06138722 0.03844380 0.50111781 0.05343339 1.3974e-05 7.2337e-10 0.00055416 0.00031500 9.9764e-09 2.6207e-08
0 0.03505436 0.4571321 0.03576146 0.29326032 0.06076495 0.03844629 0.06852314 0.01017396 1.3972e-05 7.2345e-10 0.00055413 0.00031499 9.9762e-09 2.6207e-08
0 0.021723 0.27228068 0.03576145 0.01496920 0.06138722 0.03844380 0.50111781 0.05343339 1.3974e-05 7.2337e-10 0.00055416 0.00031500 9.9764e-09 2.6207e-08
0
4.3.4 体积的计算
由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。 原料处理量：
3 / h ? 216428 Q0 ? 1765 . 58 ? 11220 . 5 ? 12985. 73m .L / min
反应器进料口C4H8浓度
C ?
m 505 . 8525 ? 8213 . 84
? ? 0 . 012 kmol/ L
MV 56 ? (1765 . 58418 ? 11220 . 15)
? 17 2 ? 4 r ? kC A2. 4 ? 0 . 005 . 35 ? 10 ? 4 kmol / min
反应釜内的反应速率：A
空时：
??理论体积：
VR0.012?0.005??16.09min Q04.35?10?4VR?Q0??21642.883?16.09?348276.1782L?348.276m3
取填装系数为0.75，则反应釜的实际体积为：
V348.276?464.3686m3 V?R?0.750.75由于反应器体积比较大，所以用两个但英气并联完成该任务。
4.3.5 筒体的高度和内径
由于此反应为气-----液反应，故而取H/Di?1.8(在1——2之间取值)
筒体内径: Di?34V?5.477m
?H/Di圆整并查《化工机械基础》，选取筒体直径Di=5500mm
查的此时1m高的容积为VI=23.75?，1m高的表面积为FI=17.27㎡ 查得封头资料档DN=5500mm时，椭圆封头曲面高度h1=1400mm，直边高度
h2=100mm，封头变面积Ah=29.7㎡，容积Vh=47.2? 筒体高度H?V-VR?7.8m A因此H/Di?7.8/5.5?1.4， 在1—2的范围内，故而设计合理
4.3.6 外压筒体壁厚的设计
由于反应物种含有高压氢气对钢材有腐蚀性，故而选用蒙耐尔400的筒体材料； 并查得在95℃是的弹性模量Et=2.03?106MPa， 图算法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚S＝20mm，则：S=S?C=20-2= 18mm，D?D?2S
nenoin=5564mm，
D0?e?553618?307，
筒体的计算长度： L= H+2h2
=7800+2×100 =8000(mm)
LD0?80005536?1.45
在文献[2]中图11- 5的L/D坐标上找到1.45的值，由该点做水平线与对应的
o