【文章內(nèi)容簡介】 n () 反應條件：溫度 220— 245℃ ，壓力 6MPa，反應器進料組成 ： 1:5CO:H 22 ? 計算結果：二氧化碳生成甲醇在 510K時反應平衡常數(shù) ： ???pK ..K ln7820676473324ln ???? 使用 Aspen plus的 Gibbs反應器進行模擬得到平衡組成和平衡轉(zhuǎn)化率。僅考慮反應 ()和 ()未考慮雜質(zhì)反應， CO2平衡轉(zhuǎn)化率為 %。根據(jù)文獻設定反應達到的轉(zhuǎn)化率為 %。 表 平衡時各組分的含量 組分 CO2 H2 CO CH3OH H2O 摩爾分數(shù) 反應器體積計算 原料二氧化碳和氫氣混合后進入反應器，反應生成水和甲醇，同時生成極少量的二甲醚、乙醇、雜醇、有機酸、高級烷烴。因為雜質(zhì)的量極少，所以在設計反應器時可以忽略雜質(zhì)的影響，且假定反應器中沒有徑向溫度差和濃度差，流動均勻，無返混近似平推流處理。 絕熱段模型 將絕熱段分割為多個微元段，氣體流量為 inF ，氣體摩爾分率為 iniy ，溫度為 inT ，壓力為 iniP 的原料氣進入該絕熱催化床層微元內(nèi)，在該溫度下進行反應，反應后氣體流量變?yōu)?outF ，生成甲醇的物質(zhì)的量為 OHCH3n?，氣體摩爾分率變?yōu)?outiy ，放出的熱量為 OHCH3)( nTH iR ??，放出的熱量使氣體溫度升高至 outT ，壓力下降為 outiP 然后進入下一微元。如此循環(huán)，直至計算完所有微元段。模型如下： 圖 絕熱層微元段模型 圖 列管微元段模型 列管段模型 列管段模型和絕熱段的模型基本相同，僅是比絕熱段增加了換熱，反應熱不是全用于反應氣體升溫，一部分被管外的沸騰水移走。 物料衡算 反應前混合氣體的摩爾流率為 inF ，各組分的摩爾百分數(shù)為 iniy ，反應后的氣體的摩爾流率為 outF ，各組分的摩爾百分數(shù)為 outiy 。 動力學方程： )1()1(222222223HHCOCOHCOCOCO fKfK ffkdWdnr ?? ????? ? ( 11 ?? ?? hgmol ) () 322223HCOfOHOHCHffKffCO?? () )/100 1 5 x p (102 4 3 43 RTk ???? ( 11 ?? ?? hgmol ) )](108 1 4 4 2 x p [ 32 ?????? TK CO )]( x p [ 32 ?????? TK H 2COfK —— 平衡時以逸度表示的平衡常數(shù)。 反應器中存在的反應： OHOHCHHCO 2322 3 ??? () OHCOHCO 222 ??? () 反應器達到平衡， CO維持不變。每小時甲醇的千摩爾生成量 (以下式中甲醇以 m 代替 )： Rb Vrn ???? ?OHCH 3 式中： b? — 催化劑的堆積密度 3/mkg RV — 催化劑床層體積 3m 反應后各種物質(zhì)的摩爾量： minin nFyn COCO ??? 22 () mnin nFyn HH ??? 3i22 () min nFyn OHOH ??? in22 () inin Fyn COCO ? () mininmm nFyn ??? () 反應出口總的氣體摩爾流量： mCOOHHCOo u t nnnnnF ????? 222 () 根據(jù)以上計算得到物料衡算表 表 物料衡算表 組分 反應前 反應后 摩爾量 摩爾分數(shù) 摩爾量 摩爾分數(shù) CO2 inin Fy2CO iny2CO mininCO nFy ??2 outmininCO FnFy /)(2 ?? H2 ininFy2H iny2H mininH nFy ??32 outmininH FnFy /)32 ??（ CO ininFyCO inyCO ininCOFy outininCO FFy / CH3OH ininFym inmy mininm nFy ?? outmininm FnFy /)( ?? H2O ininOFy2H inOHy2 min OH nFy ??in2 outmin OH FnFy /)( in2 ?? 合計 inF 1 min nF ??2 1 熱量衡算 摩爾流率為 inF ，溫度為 inT 的混合氣體進入反應器，先在絕熱層反應，通過絕熱層后進入列管催化層反應。管外為沸騰水，在反應管環(huán)隙進行換熱。 對絕熱層有下面熱量衡算式： Rmino u tpiin HnTTCF ????? )( () 式中 ： piC —— 混合氣體的熱容 )/( KmolJ ? ； RH? —— 反應熱 molJ/ ； 反應熱用下面公式近似計算 3524 TTTH R ????????? () 對列管催化層有下式熱量衡算 Rmino u tpiin HnQTTCF ??????? )( () )( LW TTKAQ ??? () 式中 ： Q? —— 列管外換熱量 J ； K —— 總傳熱系數(shù) )/( 2 KmW ? ； A —— 傳熱面積 2m ； 2121111 ???? ????K () 式中 ： 1? —— 催化床層與列管間傳熱系數(shù) )/( 2 KmW ? ； 2? —— 沸騰水與列管間的傳熱系數(shù) )/( 2 KmW ? ； 1? —— 列管內(nèi)污垢熱阻 ； 2? —— 管外污垢熱阻 。 )/6e x p (???? () 式中 ： td —— 列管直徑 ， m ； f? —— 催化劑導熱系數(shù) ， )/( 2 KmW ? ； sd —— 催化劑顆粒等比為表面積球體直徑 m fses GdR ?/? () 式中 ， G —— 氣體質(zhì)量流速 ， skg/ ； f? —— 氣體粘度 。 ? ???? ni nj ijjiif xx11??? () ])()(1[)1(81ijjijiij MMMM??? ??? ? () 式中 ， n —— 混合物的物種數(shù) ix —— 物質(zhì) i 的摩爾百分數(shù) i? —— 在系統(tǒng)溫度和壓力下 i 的粘度 i? —— 在系統(tǒng)溫度和壓力下 i 的導熱系數(shù) iM —— 物質(zhì) i 的分子量 1? ， 2? 取經(jīng)驗數(shù)值 床層壓力降 Ld ufpsfM )1( 320 ? ?? ??? )/( 2mN () 式中： f? —— 流體的密度 ， 3/mkg ； 0u —— 流體的表觀流速 ， sm/ ； sd —— 催化劑顆粒的當量直徑 ， m ； L —— 管長 ， m 。 R150f eMM ?? () )1 1(udRf0fseM ??? ?? () 式中 ： ? — 床層空隙率 ； f? — 流體黏度 ， )/( smkg ? 。 計算流程 根據(jù)上述信息使用 C語言編程計算反應器，計算流程如圖 。 圖 計算流程圖 輸入進料參數(shù) ；沸騰水壓力 預選反應器直徑 預設絕熱層高度 預設列管數(shù)目和規(guī)格 將絕熱層和列管催化劑 分別等分為 個微元段 計算絕熱層微元段，列管微元段體積 按微元段進料參數(shù)計算 停留時間和反應速率 作絕熱段微元段物料衡算 作微元段熱量衡算，和壓降計算 以上一微元段出口參數(shù)作為下一微元段進料參數(shù) 以絕熱段出口參數(shù)作為列管微元段 進口參數(shù)計算停留時間和反應速率 作列管段微元段物料衡算 計算傳熱系數(shù)和傳熱量 作微元段熱量衡算，和壓降計算 以上一微元段出口參數(shù)作為下一微元段進料參數(shù) 甲醇含量是否是否完成微元段計長徑比是否合適 輸出結果 是 是 否 否 是 否 反應器計算結果 此處列出計算結果，具體計算參見源文件反應器設計。 反應器內(nèi)徑 2200mm，列管數(shù)目 1302，絕熱層高度 500mm，列管規(guī)格 φ 44 2mm，管長 4760mm，圓整至5000mm，催化劑裝填量 VR=+= m3，絕熱層催化劑裝填量為 ，列管裝填量為 。 反應器中溫度和甲醇濃度分布 表 反應器的溫度和甲醇濃度的分布情況 絕熱床層深度 /m 溫度 /K 甲醇摩爾分率 列管深度 /m 溫度 /K 甲醇摩爾分率 2 4 溫度和甲醇濃度的分布曲線 圖 絕熱段溫度變化 圖 絕熱段甲醇濃度變化 圖 列管段溫度變化 圖 列管段甲醇濃度變化 反應器結構設計 反應器的封頭于筒體采用堆焊連接，上封頭設一人孔和原料氣進口接管采用法蘭連接。氣體入口有一擋板，絕熱催化床層上方有氣體分布器。下封頭設一催化劑卸料口和反應氣出口 接管采用法蘭連接。筒體下端設四個沸騰水入口，上端設兩個蒸汽出口。 反應器壁厚計算 ： 2][2 CPDPctic ??? ??? () 封頭厚度計算 ： 反應器選用標準橢圓封頭，封頭高度 1150mm ][2 CPDKPctic ??? ??? () 兩式中 ： cP —— 計算壓力取工作壓力 aMP iD —— 反應器內(nèi)徑 mm t][? —— 材料許用應力 aMP ? —— 焊接系數(shù) 2C —— 腐蝕裕量 K —— 封頭系數(shù)，標準橢圓封頭取 1 封頭工作壓力大于筒體工作壓力，因此計算封頭厚度，筒體厚度和封頭取相同厚度。選用 07MnCrMoVR 作為反應器材質(zhì)，工作溫度取 270℃ ， 該溫度下許用應力 [σ ]t=203MPa。計算封頭厚度為 33mm，圓整至 35mm； 筒體厚度也取 35mm 。 第五章 全廠定員 概述 本項目實行總經(jīng)理負責制，按現(xiàn)代化企業(yè)制度設置管理體制。公司實行全員聘用制和勞動合同制度，設置精干、簡單、適用、高效的管理機構。 公司的管理層次設置公司、職能部門二級，以使工廠的生產(chǎn)和經(jīng)營指揮通暢，管理成本低、效益高，從而成為一個按現(xiàn)代化企業(yè)管理模式運作的工廠。 工廠分設生產(chǎn)部、質(zhì) 量保安 部、計財部 三 個部門，其中公司的質(zhì) 量保安 部負責管理中央化驗室、 氣體防護站、 環(huán)保監(jiān)測站、消防站；生產(chǎn)部統(tǒng)一負責進行生產(chǎn)裝置、輔助設施和公用工程的生產(chǎn)調(diào)度和技術管理。 全廠各職能部門職責 (1) 合成車間： 主要設備有反應器、閃蒸塔；主要任務是負責合成碳酸二甲酯，以及反應器出料的氣液相分離。 (2) 分離車間： 主要設備是精餾塔，負責產(chǎn)物的分離提純。 (3) 成品車間： 產(chǎn)品儲罐、倉庫區(qū)，主要負責產(chǎn)品的儲存以及裝車發(fā)貨等。 (4) 維修間：