【正文】 =++0+2 = KJ/mol△S 16=△ fSm,DMC+△ fSm,H2O△ fSm,△ fSm,O22△ fSm,meth=+= J/(molK) =A+B(T/100)+C(T/100)2+D(T/100)4A B C D 設計反應框圖如下：（g）（S 3） T2（125℃P 2(2MPa)2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 4） T2（125℃P 2(2MPa)DMO(g)+ H2O (g)（S 2） T2（125℃P1()2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 1） T1（25℃P 1()2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 5） T2（125℃P1()DMO(g)+ H2O (g)（S 6） T1（25℃P 1()DMO(g)+ H2O (g)△H 12△S 12△H 23△S 23△H 34△S 34△H 45△S 45△H 56△S 56△H 16△S 16(1) 狀態(tài) S1 到狀態(tài) S2 的焓變和熵變△H 12=2∫ Cp，MCO dT+∫ Cp，M O2 dT+2∫ Cp，Mmeth dT39839823982 =2++2 = KJ/mol△S 12=2∫ Cp，M,CO dlnT+∫ Cp，M,O2 dlnT+2∫ Cp，M,meth dlnT398239823982 =2++2= J/(molK)(5) 狀態(tài) S1 到狀態(tài) S6 的焓變和熵變△H 16=△ fHm,DMO+△ fHm,H2O 2△ fHm,△ fHm,O22△ fHm,meth =+2+0+2 = KJ/mol△S 16=△ fSm,DMO+△ fSm,H2O2△ fSm,△ fSm,O22△ fSm,meth=+= J/(molm∴m= kg/h∴Q v= m3/h參考文獻：【1】[M].北京：高等教育出版社. 【2】李忠，周麗，學分析[J].[34]：4450. 【3】張旭，[J].石[40] ：403407. 反應器的形式和大小，傳熱反應溫度： 125℃ 反應壓力： 2MPa 反應如下：其反應速率方程:上述反應速率方程是以單位催化劑為基準，故按下式計算：??=????0∫??????0 ???????????(1)、主副反應的反應物相同，故可以按選擇性作如下簡化：2 CH3OH ++1/2 O2→( CH 3O) 2CO+( CH3COO) 2+ H2O????=?2?????????2????????=?2??1?2??2物料衡算如下：進料 出料Kg/h Kmol/hN% /kpa????0Kg/h Kmol/hCH3OH CO O2 N2 CH3O) 2CO ????=????0?ν ??ν ??????0????1+????0δ ??????； ,則：δ ??=++1?2?? = ????0=??????總 =????=(1?????)1?????????=?????1?????????=?????1?????將各式代入 ????=?2?????????2????????=?2??1?2??2????=?2?????????2????????=?2[?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） +?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ]( CH3COO) 2 H2O =?2[?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） +?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ]=?10?7?（ (1?????)1?????） ?（ ?????1????? ） ?（?????1????? ） ?10?3?（ (1?????)1?????） ?（ ?????1????? ） ?（ ?????1????? ） (2)、上式例用 matlab 軟件進行積分，如圖(1)、圖(2)所示。[I,n]=quad(fx,0,)所得結果即為：??=????0∫??????0 ???????????=103??=????(3)、按百分之一負載量計算： ，即需催化劑質(zhì)量為人 ??總 =+=????已知催化劑堆密度=則：??催化 劑 = =因催化劑的性能非常好，催化劑裝填的時候，用惰性填料稀釋，按 20 倍稀釋裝填：??填 =+20= 3已知床層空隙率 ，則：????=?=??3(4)、為了減少催化劑床層徑向溫度差 ，并且單位床層體積具有較大的傳熱面積，通常反應器列管直徑都比較小,多為 2035 mm，這里選取規(guī)格φ35。2)1(bntDc????式中D—殼體內(nèi)徑，m； t—管中心距，m； —橫過管中心線的管數(shù)； —管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離39。催化劑填充高度為6m，反應器上下留有一定空間，故取反應器筒體高度為7m。(2) 筒體的計算根據(jù)流體進出口溫度，選擇流體的設計溫度為450K，設計壓力為 1=,材料為Q235A （ 化 工設備機械基礎），焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，故焊接系數(shù) φ= 1；根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定材料的許用應力 107M[??]??=????則厚度按下式計算： ??22pDCCφidt??????式中 δ d ——筒體的設計壁厚，mm；δ——筒體的計算壁厚，mm；p——筒體的設計壓力，MPa；Di——筒體內(nèi)徑，mm；[σ] ——鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa；t——焊接接頭系數(shù)；φ——腐蝕裕量，有輕微腐蝕，取C2=1mm2C則： ???????????，故取 = , 則d???1 ??=??1+??2=????圓整后取厚度為1 0mm (3) 水壓試驗強度校核：規(guī)定的試驗壓力 .???水壓試驗時的應力：已知 ， , 則：sσ=3MPa[????]=375??????????TiD+=???（ ） ?s?MPa故筒體厚度滿足水壓試驗時的強度要求。 N2:則混合氣體密度ρ=∑ni*ρi =*+*+*+*=????/??3故： =??0F0*??甲醇??%??? =??=??3/?反應器進口總流量為，選進入反應器之前總管道運輸速度為??????=??3?=??3??40m/s 并聯(lián)總管的直徑為：??0=440=154????采用DN=150mm的管道校核：根據(jù)選取的公稱直徑為150，則速度為：??=4=42????(2) 出口管設計 反應器出口氣體與進口相當，固取DN=150mm,對于液體出口，液體流量為 ????????=?????????查得草酸二甲酯的密度為:????????==??3?=??3??選液體傳送速度為10m/s,則出口管直徑為： ??=410=??圓整后選取DN=150 的壓力管口校核：根據(jù)選取的鋼管內(nèi)徑為150mm，則： ??=4=???? 氣體分布器 為保證氣體進入反應器后均勻分布，在氣體進口處設氣體分布器 支座的設計 支座采用裙座，塔設備的裙座可分為圓筒形和圓錐形兩種，當塔的高徑比大于30時需要用圓錐形，故本設計采用圓筒形。第二部分 分離段4 .常壓精餾塔 物料衡算由反應器出來的甲醇、DMC 和 DMO 的質(zhì)量流量分別為mMe=，m DMC=701 kg/h，m DMO= kg/h，溫度為 320K，摩爾分數(shù)分別為： /??DMODMCMeeMe mmx 059. /??DMODMCMeDMC mmx 則 xDMO==，混合物的平均相對分子質(zhì)量為：MF=MMexMe+MDMCxDMC +MDMOxDMO=++ =進料摩爾流量為： ??F =從塔底分離出的 DMO 組成為 ω=，可視為純的草酸二甲酯，則其摩爾分數(shù)為 xW=，進料的甲醇和 DMC 基本都從塔頂出，故塔頂甲醇的摩爾分數(shù)為： eemMMDC??即 xD=，所以塔頂 DMC 摩爾分數(shù)為 xDMC=總物料恒算： F=D+W甲醇物料恒算： Fx F=DxD+WxW聯(lián)立解得： W ＝ D＝表 物料分布表類別 甲醇的摩爾分數(shù) 總摩爾流率 /( kmol/h)餾出液 進料液 釜液 熱量恒算由軟件得冷凝器負荷 MJ/h 再沸器負荷 MJ/h （1）再沸器，汽化潛熱為r=。（3）選擇熱力學模型選SRK方程，點擊“ OK”。將甲醇和碳酸二甲酯、草酸二甲酯的進料摩爾組成、進料摩爾流量填入，設置完后單擊“OK”即可?？偽锪掀胶饨Y果：物料 進料 kmol/h 出料 kmol/h 進料 koml/h koml/h甲醇 DMO DMC 總量 查看計算結果 簡潔計算結果 模型 2 輕關鍵組分 輕關鍵組分摩爾分數(shù) 重關鍵組分 重關鍵組分摩爾分數(shù) 最小回流比 塔板數(shù) 最小塔板數(shù) 進。單擊“OK”。（4）詳細定義進料物流 雙擊紅色箭頭后方框內(nèi)的流股1，填寫數(shù)據(jù):進料溫度：320K，壓強：，其中甲醇： DMO： DMC: ，進料總量：。（2）選擇組分 選擇甲醇，DMC，DMO在“search for”中填入“methanol”，點擊“ add”即可在左面的空白區(qū)看見“117 methanol”，表示已經(jīng)選中第一組分甲醇。 塔徑在1m以上的開兩個D=450mm的人孔。 CO：。 fm——修正的摩擦系數(shù)； ρ——流體密度，kg/m3； ? u0——空塔線速，m/s，因物料粘度較小，取3m/s； dp——催化劑顆粒直徑，m； ——床層空隙率； ? ????H——床層高度，m； μ——流體的絕對黏度， pa s?a、b——系數(shù)，采用Ergun 提出的數(shù)值，a＝，b＝150。 )~( 39。(5)、管數(shù) n，取 1359。1./(.*10.^(7).*((.*(1x))./(1.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^+.*10.^(3).*(.*(1x)./(1.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^)39。K)求反應條件下的吉布斯自由能： S3【398K,2MPa ；2CO （g）+ 2（g）+2CH 3OH（g） 】→S4【398K,2MPa ；DMO（g）+H 2O （g） 】△ rG=△ rG34=△H 34T△S 34 =+398 = KJ/mol求此反應的反應平衡常數(shù)△ rG34=RTlnk∴k=1032計算 125℃，2MPa 下反應 CO（g）+ 2（g）+2CH 3OH（g）→DMC（g） +H2O（g）的反應熱：已知此反應的△H= KJ/mol△ξ= Kmol/h Q=△ξ△ H=1000 =106 KJ/mol即該反應放出熱量 Q1=106 KJ/mol計算 125℃，2MPa 下反應 2CO（g）+ 2（g）+2CH 3OH（g）→DMO（g）+H 2O（g）的反應熱： 已知此反應的△H= KJ/mol △ξ= Q=△ξ △H=1000 =106 KJ/mol 即該反應放出熱量 Q2=106 KJ/mol反應器中放出的總熱量為 Q 總 = Q1+Q2=106 KJ/mol表 35 反應器熱量衡算表反應式反應焓(kJ/mol)耗甲醇量(kmol/h)反應熱 Q(104kJ/h)CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g ）→DMC（g）+H2O（g） 主 2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g ）→DMO （g）+H2O（g） 副 ∑ 反應溫度保持在 125