【正文】 應器具有如下優(yōu)點： 由于可采用細粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達3280~16400m2/m3），有利于非均相反應的進行，提高了催化劑的利用率。流化床反應器是利用固體流態(tài)化技術進行氣固相反應的裝置。 絕熱式固定床反應器結構簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點：床層直徑遠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。 固定床反應器雖有缺點，但可在結構和操作方面做出改進，且其優(yōu)點是主要的。如設計或操作不當，則在強放熱反應時，床內(nèi)熱點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。進料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；物料返混大，粒子磨損嚴重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構件復雜；操作要求高等 應用 主要用于氣固相催化反應 應用廣泛，催化或非催化的氣 —固、液 —固和氣 —液 —固反應 固定床： 一、 凡是流體通過不動的固體物料形成的床層面進行反應的設備都稱為固定床反應器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應物料，通過由固體催化劑所構成的床層進行反應的氣固相催化反應器在化工生產(chǎn)中應用最為廣泛。 設計要求 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。基于這些數(shù)據(jù)，在滿足工藝要求的條件下，充分考慮到設備的固定投資費 用及操作費用，我們進行了塔設備的選型、設計和校核等工作。 2020 第七屆“中國石化 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 17 在進行全廠熱量衡算時，是以單元設備為基本單位，考慮由機械能轉換、化學反應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——設備的熱負荷。再根據(jù)設備的熱負荷大小、所處理物料的性質及工藝要求選擇恰當?shù)脑O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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 16 本廠主要設備有雙氧水分解器、預制精餾塔、精制精餾塔、反應器、換熱器、壓縮機、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)氧化第一工段反應器物料衡算如表 11所示。 R01001 和 R01002反應投料和反應條件相同。 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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)氧丙烷質量分數(shù)為 99%以上的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品。 2020 第七屆“中國石化 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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行精餾提純回收，氧氣進入雙氧水反應器 R0401反應生成雙氧水作為環(huán)氧丙烷的原料。其中的能量變換數(shù)量關系可以從能量衡算求得，對于新設計的車間，可以由此確定設備的熱負荷。其中一個主要依據(jù)是能量平衡方程： ? ? ??? loutin Q 其中 ?inQ ——表示輸入設備熱量的總和； ?outQ ——表示輸出設備熱量的總和； ?lQ ——表示損失熱量的總和。 ∑Hin——進入設備的各物料焓之和。 環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第一工段 能量衡算 表 18 反應器 R01001能量衡算 精餾塔底混合液 精餾塔頂混合物 反應器進口原料 反應器出口產(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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 三井化學杯”全國大學生化工設計競賽 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 原料進料流量 Temperature ℃ Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Enthalpy kcal/mol Enthalpy kcal/kg Enthalpy Gcal/hr Entropy cal/m