【正文】 TCNQ PE ? ⑶ 反應(yīng)器前換熱器的熱負(fù)荷 ? ? 1474336 261 40 9 11 13 7 1 9 412 ?? ????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? ⑷ 二氧化碳吸收塔頂冷卻器的熱負(fù)荷 ? ? 1314380 265 160623913 ?? ?????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 4 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 4. 1 反應(yīng)器的計(jì)算 反應(yīng)過(guò)程選燕山石化生產(chǎn)的 7?YS 型氧化鋁載銀催化劑 ,7 孔環(huán)柱狀顆粒，外形尺寸 mm89?? ，中央孔直徑 ? ，孔邊直徑 ? ， 活性溫度范圍在 200℃以上。則： C2H4的摩爾流量： = h1） ⑵ 氧氣的衡算 單位時(shí)間輸出反應(yīng)器的量 = 3 = （ kmol 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 3 物料、熱量衡算 3. 1 物料衡算 設(shè)計(jì)規(guī)模及條件 ● 設(shè)計(jì)規(guī)模 年產(chǎn) 6 萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷，年生產(chǎn)時(shí)間 8000 小時(shí)環(huán)氧乙烷計(jì)算，則每小時(shí)生產(chǎn)的環(huán)氧乙烷 60000/8000=，折合環(huán)氧乙烷產(chǎn)量 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 2 流程簡(jiǎn)述 本設(shè)計(jì)的范圍包括：氧化反應(yīng)過(guò)程、環(huán)氧乙烷的吸收、二氧化碳的吸收和解吸等單元，具體地，如圖 所示： 工藝流程說(shuō)明：新鮮原料乙烯和含致穩(wěn)劑的致穩(wěn)氣及氧氣與來(lái)自分離罐的循環(huán)氣混合，經(jīng)加熱器加熱后 ,進(jìn)入由導(dǎo)熱油進(jìn)行傳熱的反應(yīng)器反應(yīng)，一段時(shí)間后，反應(yīng)產(chǎn)物環(huán)氧乙烷、未反應(yīng)的乙烯和氧氣、氬氣及產(chǎn)生的二氧化碳和水經(jīng)冷卻器冷卻，然后進(jìn)入由水 做吸收劑的環(huán)氧乙烷吸收塔，將大部分的環(huán)氧乙烷吸收。總反應(yīng)為 . C2H4 + 2Cl2 + Ca(OH)2 == C2H4O + CaCl2 + 2HCl + 2H2O (11) 此法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件緩和，對(duì)原料乙烯純度的要求也不高，且乙烯利用率高，但生產(chǎn)過(guò)程中消耗大量氯氣，且反應(yīng)物氯氣和石灰及生成的鹽酸易對(duì)設(shè)備造成腐蝕，副產(chǎn)物 CaCl2處理難度大，污染環(huán)境，產(chǎn)品純度低［ 4］。常用于食料、紡織物及其他方法不能消毒的對(duì)熱不穩(wěn)定的藥品和外科器材等，其多采用氣體熏蒸消毒，如皮革、棉制品、化纖織物、精密儀器、生物制品、紙張、書籍、文件、某些藥物、橡皮制品等也采用氣體熏蒸消毒。環(huán)氧乙烷本身還可開環(huán)生成聚乙醇胺。在常溫常壓下為無(wú)色易燃?xì)怏w，低溫時(shí)是無(wú)色易流動(dòng)液體。闡述了環(huán)氧乙烷的基本性質(zhì)及用途 。在確立了環(huán)氧乙烷氧化反應(yīng)工藝流程的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求及 已知的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)氧化反應(yīng)工序進(jìn)行物料、熱量衡算，并對(duì)反應(yīng)器及環(huán)氧乙烷吸收塔進(jìn)行了工藝計(jì)算，對(duì)工藝涉及的主要換熱器進(jìn)行了選型。有乙醚氣味，其蒸氣對(duì)眼和鼻粘膜有刺激性 ，高濃度 有刺激臭味，有毒，有溫和麻痹性，密度 cm3，熔點(diǎn) ℃，沸點(diǎn) ℃，粘度 環(huán)氧乙烷的用途 環(huán)氧乙烷在化工、滅菌、軍事等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。大規(guī)模工業(yè)化的集中高效消毒，用環(huán)氧乙烷滅菌更為有效和徹底。 乙烯直接氧化法 乙烯在銀催化劑上氧化生成目的產(chǎn)物環(huán)氧乙烷，此反應(yīng)為放熱反 應(yīng)［ 5］，主反應(yīng)為 . C2H4 + == C2H4O (12) 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 與氯醇法相比，乙烯直接氧化法制環(huán)氧乙烷更符合原子經(jīng)濟(jì)的理念。吸收后的氣體和少量的環(huán)氧乙烷一同進(jìn)入分離罐將少量的環(huán)氧乙烷分離，從分離罐底分離出來(lái)的環(huán)氧乙烷溶液同環(huán)氧乙烷吸收塔釜的液體混合進(jìn)行進(jìn)一步的回收精制；從該分離罐頂部出來(lái)的圖 工藝流程圖 乙烯 5 二氧化碳解吸塔 二氧化碳 冷卻水 直接蒸汽 環(huán)氧乙烷吸收塔 3%環(huán)氧乙烷水溶 液 4 7 馳放氣 補(bǔ)充致穩(wěn)劑 氧氣 6 反應(yīng)器 導(dǎo)熱油進(jìn) 導(dǎo)熱油出 器前換熱器 器后冷卻器器 分離罐 分離罐 二氧化碳吸收塔 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 氣體，部分馳放，部分壓縮。 h1。 h1） ⑶ 二氧化碳的衡算 單位時(shí)間輸出反應(yīng)器的量 =單位時(shí)間輸入反應(yīng)器的量 +單位時(shí)間反應(yīng)生成的量 =+ 2 =（ kmol h1 CO2的摩爾流量： =由于主副反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，而副反應(yīng)的活化能及熱效應(yīng)均很大，所以過(guò)程溫度的控制非常重要，應(yīng)該低于 300℃要及時(shí)移出反應(yīng)放出的熱量，為此選擇外冷列管式反應(yīng)器。 ⑴ 氣體壓力 iP 的42HCy、 OHCy42函數(shù)表達(dá)式 由于動(dòng)力學(xué)方程式（ 41）、（ 42）中存在各種氣體物質(zhì)的壓力，可利用各物質(zhì)的分壓 ii yP ?? 總P 將動(dòng)力學(xué)方程式中的壓力用各物質(zhì)在混合氣體的 含量及總壓表示，各物質(zhì)的含量又是42HCy、 OHCy42的函數(shù)（在此次設(shè)計(jì)中，考慮初始狀態(tài)沒(méi)有目的產(chǎn)物生成，則初始狀態(tài) OHCy42=0）。 NA NA+dNA NT0 cA0 圖 微元衡算示意圖 dL 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 圖 微元衡算示意圖 1RH? — 主反應(yīng)放出的熱量 )( 1??mo lkJ單位： 2RH? — 副反應(yīng)放出的熱量 )( 1??mo lkJ單位： K— 傳熱系數(shù) ))(( 11 2 ?? ??? ? m o lmhkJ單位： Ni— 某物質(zhì)的物質(zhì)的量流量 （單位： kmol確定本設(shè)計(jì)內(nèi)容中的設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)如下表所示表 。 反應(yīng)器長(zhǎng)度的計(jì)算 ● 編程序解微分方程組，確立催化床的長(zhǎng)度及床層的溫度分布 Ay 、 By 、反應(yīng)器溫度、導(dǎo)熱油溫度 Ta隨床層高度 L 變化的微分方程，可利用四階龍格 庫(kù)塔（ RungeKutta）法解一階常微分方程組（程序見(jiàn)附錄 2），利用 VB 語(yǔ)言編程代碼（見(jiàn)附錄 3）。 給出反應(yīng)器的簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 。 出口環(huán)氧乙烷水溶液摩爾百分比： 0 1 2 6 1 2 0 1 2 111 ????? xxX 入口混合氣環(huán)氧乙烷摩爾百分比： Y1= 惰性氣體的流量： vnq, == 將所確定數(shù)據(jù)帶入式 (44)可得： DG= 104m2 KPa1） ) uV= （ m2 h2）（ 1dyn/cm=12960kg KPa1 ● KGa 的計(jì)算 查有關(guān)資料開孔環(huán)填料形狀系數(shù)ψ =［ 14］ ，則 kGa=kGawψ = 103 = 同理： kLa=kLawψ == 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 由 k39。 s1 由 49 式得： D= 圓整 塔徑取 D=3000mm 泛點(diǎn)率校核： 12 6 0 8 ) 6 0 0/( 3 6 9 4 9 ???? ?? smu ??Fuu （在允許范圍 內(nèi)） 填料規(guī)格校核： 860503 0 0 0 ???dD 液體噴淋密度校核： Lh— 液體噴淋量（單位： m3 ● 氣相總傳質(zhì)單數(shù) NOG 傳質(zhì)推動(dòng)力： ????????? ? mXYYYY 0 0 0 0 ?????? ? mXYYYY 0 1 7 4 0 0 0 0 2 1 4 2121 21 ?????????? ?? YYYY YYN OG ● 填料塔高度 Z=HOG s） 同上， S=1021m2 ● 二氧化碳吸收塔頂冷卻器（ E0104）的選型（換算單位后取 Q0103 = 105J （ m1 m3 μ w= 105Paμ /λ = 管子正三角形排列，管間距 t=32mm， 25%圓缺形擋板。μ m/λ m= ? ? 1 2 8 14 8 0 4 ?? ???????? Kmwdi ?? ● 殼程給熱系數(shù)α o的核算 平均溫度 453K 下，μ = 105Pa 表 各換熱器基本參數(shù) 器后冷卻器 （ E0103） 器前換熱器 （ E0102） CO2吸收塔冷凝器 （ E0104） 管徑（ mm） 25 19 19 公稱直徑（ mm） 700 1000 500 公稱壓力（ MPa） 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 管程 1 2 2 計(jì)算換熱面積（ m2） 換熱管長(zhǎng)度（ mm） 3000 9000 6000 ⑶ 換熱器的校核 針對(duì) 器后冷卻器（ E0103）進(jìn)行校核，管長(zhǎng) L=3000mm，管徑ф 25 2mm，管子數(shù)N=355,管程數(shù) Nt=1。 ⑴ 相關(guān)數(shù)據(jù)的確定 ● 總傳熱系數(shù) K 的選取（見(jiàn)表 ） 表 總傳熱系數(shù) K 值選 取 K 的選?。?w/（ m2 (m1La=???????? ???????? ?? Fuu kLa= 則： 11339。 h2 σ c— 填料材 質(zhì)的臨界表面張力（單位： kg KPa1） ⑵ 填料的濕潤(rùn)比表面積 aw計(jì)算 填料的濕潤(rùn)比表面積 aw采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式［ 14］計(jì)算： ?????????? ??????????????????????????????????? ? 2 x p1tLLLLtLLtLLctw augaua uaa ?????? （ 47） 式 (47)中各個(gè)量的物理意義及數(shù)據(jù)確定： uL— 液相質(zhì)量通量 (單位： kmol h1） μ V— 混合氣體黏度（單位： Pa s1） X— 溶劑的締合參數(shù) X取 μ L— 溶液的黏度（單位： Pa m3 ????? Mcm ? ● 氣膜擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算 由文獻(xiàn)［ 13］查得氣膜擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算利用吉利蘭 (Gilliland)計(jì)算式 : BABAG MMvvPTD 11)(0 0 4 313123???? （ 44） 式 (44)中各個(gè)量的物理意義及數(shù)據(jù)確定： DG— 環(huán)氧乙烷在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)（單位： cm2 表 氣體混合物中各物質(zhì)的黏度 成分 黏度（ sPa?? 310 ） 成分 黏度（ sPa?? 310 ） C2H4 H2O C2H4O N2 CO2 O2 Ar 根據(jù)上表及反應(yīng)器進(jìn)出口組成，據(jù)其反應(yīng)物各物質(zhì)組成與其黏度乘積之和即為氣體混合物的黏度，即μ 入 = 103Pa 表 結(jié)果顯示表 輸出結(jié)果 L(m) T(K) Ta(K) Ya Yb 0 4