【正文】 應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)： 由于可采用細(xì)粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達(dá)3280~16400m2/m3），有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。流化床反應(yīng)器是利用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行氣固相反應(yīng)的裝置。 絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點(diǎn)：床層直徑遠(yuǎn)大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過 100；與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。 固定床反應(yīng)器雖有缺點(diǎn)，但可在結(jié)構(gòu)和操作方面做出改進(jìn)，且其優(yōu)點(diǎn)是主要的。如設(shè)計或操作不當(dāng)，則在強(qiáng)放熱反應(yīng)時，床內(nèi)熱點(diǎn)溫度會超過工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn) “飛溫 ”。 適宜于高溫高壓條件下操作。進(jìn)料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)；物料返混大，粒子磨損嚴(yán)重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜；操作要求高等 應(yīng)用 主要用于氣固相催化反應(yīng) 應(yīng)用廣泛，催化或非催化的氣 —固、液 —固和氣 —液 —固反應(yīng) 固定床： 一、 凡是流體通過不動的固體物料形成的床層面進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應(yīng)物料，通過由固體催化劑所構(gòu)成的床層進(jìn)行反應(yīng)的氣固相催化反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。 設(shè)計要求 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化是生成環(huán)氧丙烷產(chǎn)品最重要的環(huán)節(jié)，直接決定了環(huán)氧丙烷的產(chǎn)量?；谶@些數(shù)據(jù)，在滿足工藝要求的條件下，充分考慮到設(shè)備的固定投資費(fèi) 用及操作費(fèi)用，我們進(jìn)行了塔設(shè)備的選型、設(shè)計和校核等工作。 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 17 在進(jìn)行全廠熱量衡算時，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來的熱量變化。 對于連續(xù)系統(tǒng)： Q+W=∑Hout∑Hin 其中 Q——設(shè)備的熱負(fù)荷。再根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備。 雙氧水分解器 R03001器 Aspend模擬示意圖： 圖 15 雙氧水分解器 R03001器 Aspend模擬 圖 表 17 甲醇回收精餾塔 物料衡算 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 14 C3BOT R4OUT W Temperature C Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Substream: MIXED Mole Flow kmol/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mole Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 15 Mass Flow kg/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Total Flow kmol/hr Total Flow kg/hr Total Flow cum/hr 能量衡算 根據(jù)能量守恒定律： 輸入系統(tǒng)總的能量 =輸出系統(tǒng)的能量 +系統(tǒng)積累的能量 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 16 本廠主要設(shè)備有雙氧水分解器、預(yù)制精餾塔、精制精餾塔、反應(yīng)器、換熱器、壓縮機(jī)、泵、閃蒸器等。精餾塔 T02020物料衡算如表 13所示。以 R01001 為例說明環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第一工段反應(yīng)器物料衡算如表 11所示。 R01001 和 R01002反應(yīng)投料和反應(yīng)條件相同。 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第二工段 Aspend模擬示意圖： 圖 12 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第二工段 Aspend模擬 表 14 R01003物料衡算 C3BOT C3TOP FEED3 R3OUT Temperature℃ 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 6 Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Substream:MIXED Mole Flow kmol/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 Mole Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 Mass Flow kg/hr C3H6 C3H8 C3H6O 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 7 CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 Mass Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 TotalF lowkmol/hr Total Flow kg/hr Total Flow cum/hr 產(chǎn)品精餾塔 T02020物料衡算 經(jīng)環(huán)氧化反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)過 T0101 和 T0102 蒸餾塔粗精餾濃縮后經(jīng)加料泵送入 T201精餾塔精餾后送入產(chǎn)品精餾塔精餾得環(huán)氧丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 99%以上的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品。 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 11 圖 14 甲醇精餾塔 Aspend模擬示意圖 表 16 甲醇精餾塔物料衡算 D F W Temperature C Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/molK Entropy cal/gmK Substream: MIXED Mole Flow kmol/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 12 H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 MoleFrac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Flow kg/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Frac C3H6 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 13 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Total Flow kmol/hr Total Flow kg/hr Total Flow cum/hr 雙氧水分解器 R03001物料衡算 經(jīng)蒸餾塔 T0103將反應(yīng)器 R01003生成的產(chǎn)物粗分離塔底混合液送入雙氧水分解器R03001，雙氧水分解后的產(chǎn)物送入相分離器 R0304 將分解后的氧氣和甲醇分離，甲醇混合液送入甲醇回收精餾塔進(jìn)行精餾提純回收，氧氣進(jìn)入雙氧水反應(yīng)器 R0401反應(yīng)生成雙氧水作為環(huán)氧丙烷的原料。其中的能量變換數(shù)量關(guān)系可以從能量衡算求得，對于新設(shè)計的車間，可以由此確定設(shè)備的熱負(fù)荷。其中一個主要依據(jù)是能量平衡方程： ? ? ??? loutin Q 其中 ?inQ ——表示輸入設(shè)備熱量的總和； ?outQ ——表示輸出設(shè)備熱量的總和； ?lQ ——表示損失熱量的總和。 ∑Hin——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第一工段 能量衡算 表 18 反應(yīng)器 R01001能量衡算 精餾塔底混合液 精餾塔頂混合物 反應(yīng)器進(jìn)口原料 反應(yīng)器出口產(chǎn)物 Temperature C 50 50 50 50 Pressure bar 13 13 13 13 Vapor Frac 0 0 0 0 Liquid Frac 1 1 1 1 Solid Frac 0 0 0 0 Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 18 Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/molK Entropy cal/gmK 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第二工段能量衡算 表 19 反應(yīng)器 R01003能量衡算 C3BOT C3TOP FEED3 R3OUT Temperature C 50 50 60 50 Pressure bar 1 1 1 1 Vapor Frac 0 Liquid Frac 1 Solid Frac 0 0 0 0 Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/molK Entropy cal/gmK 產(chǎn)品精餾塔能量衡算 表 19 精餾塔 T02020能量衡算 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 19 Temperature C 25 25 60 Pressure bar 4 Vapor Frac 0 1 0 0 Liquid Frac 1 0 1 1 Solid Frac 0 0 0 0 Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/molK Entropy cal/gmK 甲醇精餾塔能量衡算 表 110 精餾塔 T03001能量衡算 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)品流量 進(jìn)料流量 塔底釜液 Temperature C Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac 2020 第七屆“中國石化 三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽 20 Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/molK Entropy cal/gmK 雙氧水分解器 R03001能量衡算 表 111 反應(yīng)器 R0401能量衡算 參數(shù) 蒸餾器底部混合物 分解器出口產(chǎn)品 原料進(jìn)料流量 Temperature ℃ Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/m