【文章內容簡介】 200℃ =Cp,氫氣,180℃ =Cp,氮氣,200℃ = Cp,氮氣,180℃ = 甲苯吸熱: △H1= Cp,甲苯,200℃,g T2 –Cp,甲苯,180℃,g T1 氫氣吸熱：△H2= Cp,氫氣,200℃ T2 –Cp,氫氣,180℃ T1 氮氣吸熱：△H3= Cp,氮氣,200℃ T2 –Cp,氮氣,180℃ T1T1 混合氣進入反應器前的溫度，180℃T2 混合氣進入反應器后的溫度，200℃混合氣吸熱總量：Q = N甲苯△H1+ N氫氣△H2+ N氮氣△H3 （313） 代入數(shù)據(jù)得：Q =104 kJ來自外界預熱蒸汽所需的量如圖（36）所示：圖 36查得：Cp,H2O,g = Cp,H2O, 100℃,l = Cp,H2O, 179℃,l = H2 = Cp,H2O,g (T2 T1)H3 = △Hvap = H4 = 1/2(Cp,H2O, 100℃,l + Cp,H2O, 179℃,l)(T3 – T2) （314） H1 = H2 + H3 H4 代入數(shù)據(jù)算得： H1 = 預熱蒸汽所放出的熱量等于混合氣吸收的熱量即 Q = N蒸汽H1N蒸汽 反應器中用來預熱的蒸汽的量，；Q 混合氣由180℃變?yōu)?00℃時所要吸收的熱量，KJ。代入數(shù)據(jù)算得 N蒸汽 = 反應熱： （315） 標準摩爾反應焓： （316） （317）反應過程的焓值可用圖（37）示意 圖 37H = △H1 △H2+△H3+△H4△H5 （318） H = △rH248。m = H1 = △Hvap,25℃ = H2 = Cp,甲苯,200℃,g T2 –Cp,甲苯,25℃,g T1H4 = Cp,甲環(huán),200℃,g T2 –Cp,甲環(huán),25℃,g T1H5 = T1 25℃T2 200℃算得 ：△H3 = 反應總放熱：Q放 = N甲苯△H3 =106 KJ付產(chǎn)蒸汽的量：水的焓值如下圖（38）所示： 圖 38 △H3 = △H1+△H2 (319)查得： = = (320)H2 = = 由80℃到179℃的溫度差 計算得： △H3 = 又反應放出的熱量全部用來付產(chǎn)蒸汽即 Q放 = N熱水△H3Q放 反應放出總的熱量，KJ；N熱水 付產(chǎn)蒸汽的量，kmol。N熱水 = kmolws = kg/h 換熱器的熱量衡算熱量衡算示意圖(39)：冷凝器Q3，T℃Q4加氫反應氣Q1，200℃加氫反應氣氫氣 T℃氫氣 25℃Q2 圖 39在換熱器中，反應氣中的甲基環(huán)已烷有部份冷凝，但是考慮到其相對量很小，所以計算中忽略。查高等教育出版社出版的《化工過程的物料衡算和能量衡算》 李應麟 尹其光 編得以下數(shù)據(jù): 化合物的熱熔： （321）化合物 a b102 c105 d109 H2 N2 甲基環(huán)已烷 熱平衡式： （322） （323）NH2 新鮮進氣中氫氣的物質的量，kmol；NN2 新鮮進氣中氮氣的物質的量，kmol；N`H2 加氫反應氣中氫氣的物質的量，kmol；N`N2 加氫反應氣中氮氣的物質的量，kmol；N`甲環(huán) 加氫反應氣中甲基環(huán)已烷的物質的量，kmol；dT 指溫度由25℃上升到T℃；dT` 指溫度由200℃下降到T℃代入數(shù)據(jù)可算出： T = 130℃ 冷凝器的能量衡算冷凝器能量衡算示意圖見圖（310）：冷凝器H2，N2（g）130℃H2O（l）40℃H2O（l）33℃甲基環(huán)己烷（l）45℃甲基環(huán)己烷（g）130℃H2，N2（g）45℃圖 310kirchhoff法： 式中 Pvp 在T溫度下的蒸汽壓，mmHg。Tb 常壓下的沸點，K。Tc 臨界溫度，K。Pc 臨界壓力，atm查1980年化學工業(yè)出版社出版的《化工工藝設計手冊》第一篇，上冊 知甲基環(huán)已烷的關物性常數(shù)：Tb= Tc= Pc = 進一步算出：Pvp = Pvpr = Tbr = = ,由以上數(shù)據(jù)可得：T = =℃℃，反過來在同樣的條件下，溫度下也會液化。又 △Hr(甲環(huán)，) = KJ/mol由蒸發(fā)潛熱與溫度的關系： （324）△ HV1 正常沸點下蒸發(fā)潛熱，KJ/mol；△ HV2 T2溫度下蒸發(fā)潛熱，KJ/mol； （325） （326）由T2 = 代入可得：△ HV2 = KJ/mol甲基環(huán)已烷冷凝放熱過程示意見下圖（311）：甲苯130℃（g）甲苯42℃（l）甲苯188℃（g）甲苯188℃（l）圖 311H1 = H2 + H3 + H4 (327)查1980年化學工業(yè)出版社出版的《化工工藝設計手冊》第一篇，上冊得以下數(shù)據(jù)：Cp,甲環(huán),130℃,g = 45 Cp,甲環(huán),180℃,g = 51 H2 = Cp,甲環(huán),180℃,gT2 + Cp,甲環(huán),180℃,gT1H3 = H4 = Cp,甲環(huán)dTT1 130℃T2 180℃dT 指溫度由180℃下降到42℃代入得：H1 = KJ/mol甲基環(huán)已烷冷卻放熱：Q 1= N甲環(huán)H1=105 KJ不凝氣放熱:Cp,H2,130℃ = Cp,H2,42℃ = Cp,N2,130℃ = Cp,N2,42℃ = 氫氣：氮氣： T1 45℃ T2 130℃代入數(shù)據(jù)得： Q 2= 103 KJ Q 3= 103 KJ此過程共放熱：Q = Q 1 + Q 2 + Q 3= 103 KJ循環(huán)水吸熱： (328)△ T 循環(huán)冷卻水進出水溫度差，℃由 Q = Q`得 NH2O = kmol 故循環(huán)冷卻水的質量流量為： 第四章 主要設備的工藝計算 本設計中我們就工藝過程中主要設備進行工藝計算，下面就選反應器、換熱器來進行計算。 反應器 催化劑的體積 空速：,以1小時為基準；甲苯： kmol/h；Ws = = ；Vs =／179。= ；(注：)催化劑體積：V= ； 管子總體積 由于催化劑未填滿管道，取填充率為90%，∴管子體積為：V = 核算管子的根數(shù)參照《化工工藝手冊》常用設備系列選用32 的碳鋼管其內徑為：di = 2 = 25mm由一般的經(jīng)驗，立式反應器取 l= 5000mm每根管子的體積為：= 又 232。 n = 由于工業(yè)上的估算誤差，我們取n = 255根 核算反應器的公稱直徑DN外管管口面積為：∴S = 由于開孔率為35—40%, 取開孔率為38%則反應器的截面積:S器= S/ = ∴d器= 828mm查 《化工工藝手冊》 表233結合加工原則取 DN = 850mm 換熱器 總能量的計算 由能量衡算過程可知， 總傳熱系數(shù)K的計算 因為換熱器設備在設計中是比較成熟的，一些參數(shù)可以不要再算，所以這里就參照資料直接選總傳熱系數(shù)K值. 參照同類型設備，經(jīng)實際工業(yè)校核，取總傳熱系數(shù) 求取△tm (41)200 130130 25△t1 = 70℃ △t2 = 105℃ 求得 △tm = 86℃ 計算總傳熱面積 由 Q = KA△tm (42)得 A = Q/ K△tm (43) 代入數(shù)據(jù)得： A = 核算管子規(guī)格由于氣體中含有不凝氣體，且壓力較高，取其流速μ= 20m/s, 物料衡算中可知，Vs = (44) 算出 d = 參照《化工工藝手冊》 常用設備系列選用192mm 的碳鋼管其內徑為：di = 1922 = 15mm 求取管子根數(shù) (45)由一般的經(jīng)驗，立式換熱器取 l= 3000mm管子單程排列，管程數(shù)為1，NT =（π153000）=取 NT = 90 求算管心距管子的排列為正三角形，, d 管外徑Pt = 19 = 參照設備標準，圓整取 Pt = 25mm 核算換熱器的公稱直徑DN 由《化工工藝手冊》圖228的公式 (46)=查 《化工工藝手冊》 表233結合加工原則取 Ds = 200mm 折流板數(shù)折流板采用弓形，缺口高度為直徑的30%，折流板間距最小為殼體直徑的1/3~1/2即 ~~125mm考慮到氣體流速快，傳熱系數(shù)小；故采用增加折流板數(shù)，減小板間距的辦法；取 折流板間距為 50mm 膨脹節(jié) 由于換熱器所要受的壓力比較大，而設備的取材采用了常用設備系列，參照《化工工藝手冊》常用設備系列，這里要設置一個膨脹節(jié)。反應器、換熱器明細詳見附圖3，設備數(shù)據(jù)表。第五章 經(jīng)濟技術指標 過程的總概算整個生產(chǎn)過程與經(jīng)濟效益緊密相聯(lián)，所以過程的概算就顯得非常重要，這里只做了全過程的總概算，其它的略。主要技術經(jīng)濟指標如表（51）：表 51 主要技術經(jīng)濟指標序 號 項 目 單 位 消 耗 備 注一1原材料甲苯t/t2氫氣（93%）N m3/t8323催化劑kg380一次填充4包裝桶個/t二公用物料5蒸汽（）t/t6軟水t/t7循環(huán)水t/t8新鮮水t/t間斷用9氮氣N m3/t2間斷用10儀表空氣N m3/t811裝置空氣N m3/t2間斷用12電KWh/t39三投資總計13概算投資萬元 設計中采用的主要的技術標準規(guī)范 《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》 GB5016092(1999年版) 《建筑設計防火規(guī)范》 GBJ1687(2001年版) 《化工企業(yè)爆炸和火災危險環(huán)境電力設計規(guī)程》 HG/T206871989 《石油化工工藝裝置設備布置設計通則》 SH30112000 《石油化工管道