【正文】 2Ny= 7）設：氬氣的吸收率為2N?；針對混合器列氬氣的物料衡算方程，得： 反應器中的氬氣的量 =新鮮氧氣原料中的氬氣的量 +循環(huán)氣中的氬氣的量 ArArAr yRyFyMF 39。 ，針對混合器列水的物料衡算方程，得： 循 環(huán) 氣 中 的 水 的 量 = 反 應 器 中 的 水 的 量 + 反 應 生 成 的 水 的 量OHyR 239。 3 . 3 . 3 反 應 器 （ 1）反應溫度為 243℃，壓力為 ，反應物料由塔頂加入。 （ 2）各組分的吸收率（ %）： 氮氣： 氬氣： 氧氣： 甲烷： 乙烯： 乙烷： 二氧化碳： 環(huán) 氧 乙烷： 水： （ 3） EO 吸收塔吸收液汽比 = （ 4）計算過程（ y 表示 RF 中的摩爾分率， ? 為吸收率） 1）氣體中各個組分的量 a)出口環(huán)氧乙烷的量 =進入吸收塔的環(huán)氧乙烷量 ?（ 1環(huán)氧乙烷的吸收率） =RFEO (1－α EO) = (％ )= kmol/h 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 21 b)出口乙烯的量 = )1( 乙烯的吸收率進入吸收塔的乙烯的量 ?? =RFC2H4O (1－α C2H4O) = (％ )= kmol/h c)出口的二 氧化碳的量 = )1( 二氧化碳的吸收率的量進入吸收塔的二氧化碳 ?? =RFCO2 (1－α CO2) = (％ )= kmol/h d)出口的氧氣的量 = )1( 氧氣的吸收率進入吸收塔的氧氣的量 ?? =RFO2 (1－α O2) = (％ )= kmol/h e)出口的甲烷的量 = )1( 甲烷的吸收率進入吸收塔的甲烷的量 ?? =RFCH4 (1－α CH4) = (％ )= kmol/h f)出口的乙烷的量 = )1( 乙烷的吸收率進入吸收塔的乙烷的量 ?? =RFC2H4 (1－α C2H4) = (％ )= kmol/h g)出口的氮氣的量 = 氮氣的吸收率）進入吸收塔的氮氣的量 ?? 1( =RFN2 (1－α N2) = (％ )= kmol/h h)出口的水蒸氣的量 = 水蒸氣的吸收率）量進入吸收塔的水蒸氣的 ?? 1( =RFH2O (1－α H2O) = (％ )= kmol/h 2)吸收劑的用量 H(采用純水做吸收劑 ) EO 吸收塔吸收液汽比 L/V= 塔內氣體的平均流率 V= 2塔頂氣體量進料量 ? 塔內液體的平均流率 L= 2( 被吸收的量）吸收劑量吸收劑量 ?? HH 即：吸收劑的用量 =[（進料量 +塔頂出口氣體量） ? 液氣比 被吸收的量 ]/2 得：吸收劑用量 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 22 H=[(+) ? 2()]/2 解得 :H= kmol/h 3）富液中各個組分的量 a)環(huán)氧乙烷的量 =進入吸收塔環(huán)氧乙烷量環(huán)氧乙烷的吸收率 =RFEOα EO = ％ = kmol/h b)乙烯的量 = 乙烯的吸收率進入吸收塔的乙烯的量 ? =RFC2H4Oα C2H4O = ％ = kmol/h c)二氧化碳的量 = 二氧化碳的吸收率的量進入吸收塔的二氧化碳 ? =RFCO2α CO2 = ％ = kmol/h d)氧氣的量 = 氧氣的吸收率進入吸收塔的氧氣的量 ? =RFO2α O2 = (％ = kmol/h e)甲烷的量 = 甲烷的吸收率進入吸收塔的甲烷的量 ? =RFCH4α CH4 = ％ = kmol/h f)乙烷的量 = 乙烷的吸收率進入吸收塔的乙烷的量 ? =RFC2H4α C2H4 = ％ = kmol/h g)氮氣的量 = 氮氣的吸收率進入吸收塔的氮氣的量 ? =RFN2α N2 = ％ = kmol/h 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 23 h)水蒸氣的量 =進入吸收塔中吸收的水的量 吸收塔出口的水的量 +吸收劑的用量 = OHRF2+H =+= kmol/h 表 環(huán)氧乙烷吸收塔物料衡算結果表 輸入物料 輸出物料 進料氣體 進料吸收劑 塔頂出口氣體 塔釜出口吸收液 溫度 ℃ 47 35 35 41 壓力 MPa 序 號 組分 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 H2O 小計 合計 輸入物料總量 輸出物料總量 167。 4. 1 反 應 器 的 熱 量 衡 算 （ 1）乙烯以銀催化劑氧化制環(huán)氧乙烷，主要反應為 C H OCHOHC 3242 21 ?? + kmol/h C2H4+3O2 2CO2+ kmol/h （ 2）反應熱為基準溫度 T0=25℃ ()下的反應熱。當忽略熱損失時，有 Q1+Q2=Q3+Q4 (41) (1)各組分的比熱 ①查得理想氣體的比 熱計算式 [1 18] 320 D TCTBTAC P ???? (42) 上式中的各項系數(shù)值如表 46 所示。 原料氣的溫度為 150+＝ ，壓力 P 為 1MPa；氧化氣的溫度為 234+＝ ，壓力 P 為 1MPa。 K) niX piniCX 42HC 2O 2CO 2N OH2 OHC42 合計 由計算結果可知 出tCNXQ pini?3 （ 47） 由公式 47 可得 3Q = 234= 107kJ/h ④反應器的散熱量 Q4 Q1+Q2=Q3+Q4 （ 48） 可得反應器的散熱量 Q4=Q1+Q2 － Q3＝ (+) 107=107kJ/h 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 29 第 5 章 設備計算 167。 已知： (1)每小時輸入的原料氣量總為 kmol/h； (2)以銀為催化劑，顆粒為球形， d=5mm，空隙率 ?? ； [19] (3)反應溫度為 234℃，操作壓力為 ，空速為 4000/h； (4)反應器列管規(guī)格為Φ 3mm； (5)反應熱用水帶走，導出水進口溫度 210℃ ，導出水溫度 220℃ ； (6)原料氣進口溫度為 150℃ ，氧化氣出口溫度為 234℃ 。 167。 5. 4 傳 熱 面 積 的 核 算 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 31 對數(shù)平均溫差公式為 2121ln tttttm??????? （ 512） 導入溫度 導出溫度 原料入口溫度 反應出口溫度 溫度℃ 210 220 150 234 換熱介質采用逆流，則由 512 得 1 5 0202 2 1 02 3 4ln)2 1 0202()0122 3 4( ????????mt 又 mtKQA ??? 4需 （ 513） 則有 237 2/ ??? ???需A 又 nLdA ?????實 （ 514） 則有 20 0 5 6 61 7 3 590 3 ?????實A 可知 A 實 A 需 ，即實際傳熱面積大于按傳熱計算所需的傳熱面積，所以設計符合要求。b — 管束中心線最外層管的中心至殼體內壁的距離 2 ???? dt； 一般取 239。故取反應器外徑為 5200mm。 ???? db 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 32 管子按正三角形排列如下圖 圖 51 反應器列管排列示意圖 則橫過管中心線的管數(shù)為 nnc ? （ 516） 由公式 516，可得 969 5 .2 37 4 9 ???? 所以，由公式 515 可得 5 . 1 5 5 m5 0 )196(5 3 ??????D 本反應器取最小壁厚為 20mm，故外徑為 mm005227 . 52515539。 5. 5 反 應 器 塔 徑 的 確 定 查得塔經的計算公式 [20]： 39。 S 或 (kg/m 5. 2 確 定 氧 化 反 應 器 的 基 本 尺 寸 對于列管式固定床反應器，首先應根據(jù)傳熱要求選定選擇Φ 3mm的不銹鋼管作為反應器的反應管規(guī)格 [ 20]，再求出反應管根數(shù) n。這 一部分主要是反應器的工藝參數(shù)優(yōu)化。K 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 27 表 410 氧化氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù) 組分 42HC 2O 2CO 2N OH2 OHC42 cT cp rT rP ? 0pC? 1pC? pC (3)熱量衡算 ①原料氣帶入的熱量 Ql 原料氣的入口溫度為 K，以 K 為基準溫度，則 )k J / h()(1 ? ?? i pii TTCnQ 基入 （ 44） 計算結果列于表 411 中 表 411 原料氣帶入的熱量 組分 Cp（ J／ molK)) 組分 42HC 2O 2CO 2N 原料氣 表 48 氧化氣各組分的 Cp0 值 (J/mol 要求年產高純度環(huán)氧乙烷 萬噸，采用氧氣直接氧化法，進行反應器的熱量衡算。 EO 富吸收液經過預熱到 103℃后進入 EO 解吸塔頂部。 表 反應器物料衡算結果表 輸入物料 輸出物料 溫度℃ 150 234 壓力 MPa 序號 組分 分子量 摩爾 流量 kmol/h 摩爾 分率 % 質量 流量 Kg/h 質量 分率 % 摩爾 流 量 kmol/h 摩爾 分率 % 質量 流量 Kg/h 質量 分率 % 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 H2O 合計 167。 )()(][ ?????????? MFMF 得： OHy239。39。339。2 HCHCHC yRyFyMF ????? 循環(huán)氣中的乙烷的量 = )()1(6262 ????? HCHCyMF ? 即： )0 0 1 ()0 0 0 0 (% 1 3 6262 ????????? HCHC yMFyMF 解得：62HCy= 6）設：氮氣的吸收率為2N?；針對混合器列氮氣的物料衡算方程，得： 反應器中的氮氣的量 =新鮮氧氣原料中的氮氣的量 +新鮮甲烷原料中的氮氣的量 +循環(huán)氣中的氮氣的量： 622262 39。 循環(huán)氣中二氧化碳的量 =反應器中二氧化碳的量 +反應生成的二氧化碳的量 環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳量 排放量 二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的量： 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 17 R y?CO2=[MF yCO2+MF yC2H4 2] (12CO?) ()(1 239。 針對混合器列二氧化碳