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5000t每年氧化羰化制碳酸二甲酯合成工藝設計說明書畢業(yè)論文(文件)

2025-07-16 07:17 上一頁面

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【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
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