【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 噸產(chǎn)品消耗量 每小時(shí)消耗量 每年消耗量1 丙烯 t 1042 空氣 t（一段）（二段）（一段）（二段）105（一段）105（二段）第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè)3 催化劑 m345（一段）（二段）105（一段）105（二段）4 水蒸氣 t（一段）（二段）104（一段）104（二段）第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè)4 熱量衡算連續(xù)操作過(guò)程屬于定態(tài)操作過(guò)程，物料狀態(tài)、反應(yīng)狀態(tài)等不隨時(shí)間而變化，所以熱負(fù)荷（傳熱速率）也不隨時(shí)間變化而變化，主要計(jì)算正常操作時(shí)的傳熱速率 [26]。 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)氧化反應(yīng)器中主要發(fā)生以下兩個(gè)重要反應(yīng)：CH2CH3 + O2CH2CHO + H2O + 161。193。105J2 1/2 2 .5161。105J（1）反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)（見(jiàn)氧化反應(yīng)器物料平衡表）（2）入口溫度：25℃，第一反應(yīng)器溫度： 325℃，第二反應(yīng)器溫度： 260℃（3）有關(guān)物性數(shù)據(jù)如表 所示：表 物性數(shù)據(jù)表 [27]物料名稱 定壓比熱容/kJkg 1K1 導(dǎo)熱系數(shù)/Wm 1h1℃1 標(biāo)準(zhǔn)生成熱/kJmol 1丙烯 103 空氣 103水蒸氣 103 丙烯醛 丙烯酸 計(jì)算基準(zhǔn)熱流量基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：25℃ 熱量衡算方程式在化工過(guò)程中，各種熱量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可以用熱平衡方程表示：∑Q =∑H 出 ∑H 進(jìn)其中 ∑Q 設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ；∑H 出 離開(kāi)設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；∑H 進(jìn) 進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，熱平衡方程式寫(xiě)成以下形式更容易計(jì)算：第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) QT = Q1+Q2+Q3+Q4式中 QT 設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和（傳入為正 ，傳出為負(fù)） ，kJ；Q1由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量，kJ；Q2由于物料發(fā)生各種變化（化學(xué)變化、相變、溶解、混合等） ，系統(tǒng)與外界交換的熱量（吸熱為正、放熱為負(fù)） ， kJ；Q3由于設(shè)備溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正、降溫為負(fù)） ， kJ；Q4設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量（操作溫度高于環(huán)境溫度為正、低于環(huán)境溫度為負(fù)） ，kJ。上式也可以寫(xiě)成如下形式：q T =q1+q2+q3+q4 （kJ/h） 熱量衡算式中各參數(shù)計(jì)算方法 [28]q 1 的計(jì)算：認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)壓力不變，即整個(gè)過(guò)程為恒壓變化過(guò)程 dCwqTP??12q 2 的計(jì)算： （標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱）Hr??2q 3 的計(jì)算：對(duì)于連續(xù)操作，由于操作過(guò)程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫度與設(shè)備溫度都不隨時(shí)間變化，此時(shí) q3=0。q 4 的計(jì)算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，q 4＞0，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，q 4＜0。在實(shí)際操作中，若設(shè)備有保溫層，為簡(jiǎn)化計(jì)算，常取熱損失速率為總速率的 10%。 計(jì)算主要對(duì)一段、二段氧化反應(yīng)器以及冷卻器進(jìn)行熱量衡算；第一反應(yīng)器進(jìn)料溫度為 250℃，反應(yīng)溫度為 325℃；第二反應(yīng)器進(jìn)料溫度 210℃，反應(yīng)溫度 260℃。 氧化反應(yīng)器熱量衡算第一氧化反應(yīng)器熱量衡算（1）q 1 的計(jì)算： TCpwTCpw??????)250()325( ℃℃ 進(jìn) 料出 料進(jìn) 料出 料第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè)q 出料 =(+++ ) (32525)= kJ/hq 進(jìn)料 =(+ +)(250 25)= kJ/hq1= q 出料 －q 進(jìn)料 ==107 kJ/h（2）q 2 的計(jì)算：=1000－(－)1000=???= 107 kJ/h（3）q 3 的計(jì)算：對(duì)于連續(xù)操作，由于操作過(guò)程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫度與設(shè)備溫度都不隨時(shí)間變化，所以 q3=0（4）q 4 的計(jì)算：常取熱損失速率為總速率的 10%；q4=10%(107+107)= 106 kJ/h（5）q T 的計(jì)算：qT =q1+q2 +q4 =107+107+106 = 107 kJ/h（6）計(jì)算設(shè)備熱負(fù)荷和熔鹽消耗量：氧化反應(yīng)是連續(xù)操作過(guò)程，所以設(shè)備熱負(fù)荷應(yīng)當(dāng)?shù)扔?qT，為 107 kJ/h熔鹽（55%KNO 3+45%NaNO2） ，進(jìn)口溫度 275℃，出口溫度為 280℃其比熱為 55%+45%=℃= kJ/kg℃熔鹽對(duì)管壁給熱系數(shù) α 可取 2717 kJ/(m2h℃)所以 kg/h6)280(?????hG（7）電能消耗量的計(jì)算：據(jù)公式 ，η 為用電設(shè)備的電功功率（一般取 ~） ，設(shè)計(jì)取?360TqE；所以 ??第二氧化反應(yīng)器的熱量衡算方法同第一反應(yīng)器，其計(jì)算結(jié)果如表 所示。第 17 頁(yè) 共 36 頁(yè)表 第一氧化反應(yīng)器、第二氧化反應(yīng)器熱量衡算表系統(tǒng)與外界交換的熱量 第一氧化反應(yīng)器 第二氧化反應(yīng)器q1/(kJ/h) 107 105q2/(kJ/h) 107 107q4/(kJ/h) 106 106qT/(kJ/h) 107 107Gh/(kg/h) 106 106E/kw 13179 16173 冷卻器的熱量衡算計(jì)算依據(jù)進(jìn)口溫度：275℃；出口溫度： 280℃冷卻劑：熔鹽，其冷凝熱為 2717 kJ/kg熱衡算求冷取器的熱負(fù)荷和熔鹽的用量，冷損失按 10%計(jì)算需要熔鹽提供的熱量：Q=[(+++)(325260) ]=106 kJ/h加熱熔鹽用量：W= Q/2717= 動(dòng)力消耗綜合表動(dòng)力消耗綜合表如表 所示：表 動(dòng)力消耗綜合表序號(hào) 物料名稱 單位 每噸產(chǎn)品消耗量 每小時(shí)消耗量 每年消耗量1 熔鹽 t 35 1042 蒸氣 t 30 1073 電 kwh 400 13179 1084 鍋爐用水 t 9 15000 108第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè)5 設(shè)備的工藝設(shè)計(jì) 主體設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 [29]常用的氧化反應(yīng)器有攪拌式氧化器和氣固氧化反應(yīng)器，攪拌式氧化器主要用于使用化學(xué)氧化劑的液相氧化過(guò)程，而氣固氧化反應(yīng)器是以空氣—物料氣體或氧化—物料氣體通過(guò)固體催化劑接觸而反應(yīng)的過(guò)程，這類(lèi)反應(yīng)器通常以氣固流化床和氣固固定床為多，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。本設(shè)計(jì)采用列管式固定床氧化反應(yīng)器，此類(lèi)反應(yīng)器為列管式結(jié)構(gòu)，傳熱面積大，有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)。計(jì)算催化劑床層體積、直徑及高度對(duì)于第一反應(yīng)器：床層體積： mS?????氣 氣 床床床層直徑： 24..7360360vDu??其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s；催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 ε 取 ；床層高度： (10)7.(1)4VLLmD?????????床經(jīng)圓整，取 同理，對(duì)于第二反應(yīng)器：床層體積： mS????氣 氣 床床床層直徑： 24..5360360vDu???其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s；催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 ε 取 ；第 19 頁(yè) 共 36 頁(yè)床層高度： (108)5.(1)4VLLmD?????????床經(jīng)圓整，取 反應(yīng)器管數(shù) n給定管子 φ 30，故管內(nèi)徑 dt 為 25mm，即為 米；管長(zhǎng)為 5 米，催化劑充填高度 L 為 米。因此 ??????床同理，對(duì)于第二反應(yīng)器： ???床反應(yīng)器材料：由于丙烯酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，本設(shè)計(jì)選用經(jīng)過(guò)鈍化處理的碳鋼材質(zhì) Q235A，接管材料選用 20 號(hào)鋼。核算換熱面積該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要移走熱量，床層是被冷卻的，因此床層對(duì)壁總給熱系數(shù)按下式計(jì)算：床層被冷卻時(shí)， ()exp()fpptt tdGd?????式中 ——流體導(dǎo)熱系數(shù)，kJm 1h1℃1； ——表觀質(zhì)量流速，kgm 2h1；f?——流體粘度，Pas ； ——催化劑粒徑； ——列管內(nèi)徑?pdtd總進(jìn)料量：m=+ +=????????混 （ ） ()f kJmh?????（ ） ℃?????混 2128057/(.)Gkgmh????第 20 頁(yè) 共 36 頁(yè)?????床層對(duì)壁總給熱系數(shù)： (4)31./2t kJmh????????℃總傳熱系數(shù)： 201ttt mKd??????垢壁鋼 垢查得碳鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為 λ=(mh℃) ?? ???????℃整個(gè)反應(yīng)器床層可近似視為等溫，為 325℃，則傳熱推動(dòng)力為：()(3).2mt???℃需要傳熱面積：???需 需實(shí)際傳熱面積為 ???實(shí) 實(shí)，故能滿足傳熱要求。A需實(shí) ＞反應(yīng)床層壓力降的計(jì)算修正雷諾數(shù)： 11()()???????＞固定床壓降計(jì)算公式為23 ??????當(dāng) 時(shí)，為充分湍流，計(jì)算壓降時(shí)可以略去第一項(xiàng)，因此10eMR＞ ().75()fscsfuGPLLdgd??????????23(98/360).(). Pak????第二氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法與第一氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法相同。第 21 頁(yè) 共 36 頁(yè)第一、第二氧化反應(yīng)器的各數(shù)值如表 所示：表 第一、第二氧化反應(yīng)器換熱面積核算及床層壓力降值項(xiàng)目 第一氧化反應(yīng)器 第二氧化反應(yīng)器床層對(duì)壁總給熱系數(shù) 21/tkJmh?????℃ 總傳熱系數(shù) 21/K???℃ 需要傳熱面積 A需 實(shí)際傳熱面積 2/m實(shí) 床層壓力降 Pka? 反應(yīng)器零部件選用與設(shè)計(jì)（1）容器法蘭：選用 JB470292 乙型平焊法蘭，公稱壓力 ，公稱直徑DN3200；法蘭材料選用 20（鍛） ，質(zhì)量為 kg；螺栓材料選用 40Cr；螺母材料選用 35，凹凸密封面，配 60 個(gè) M24 螺栓。（2）人孔：選用 JB58079 回孔蓋人孔，公稱壓力 Pg10，公稱直徑 Dg500，采用一類(lèi)材料，A 型密封面，人孔標(biāo)記為 AIPg10Dg500JB58079。（3）視鏡：選用 2 個(gè) HGJ50186Pg10Dg100 碳鋼視鏡，設(shè)在反應(yīng)器蓋上，用于觀察反應(yīng)器內(nèi)物料變化情況。（4）儀表測(cè)量口：測(cè)溫口一般設(shè)在反應(yīng)器底部，溫度計(jì)要插入反應(yīng)液中，為保護(hù)溫度計(jì)，可將溫度計(jì)放入金屬套管中；測(cè)壓口設(shè)在反應(yīng)器釜蓋上，安裝螺紋為 M272。（5）安全裝置口：由于反應(yīng)器一般為密閉式操作，反應(yīng)器過(guò)程有時(shí)帶正壓或負(fù)壓，有時(shí)有氣體產(chǎn)生，為了安全操作，需