【文章內(nèi)容簡介】 0 0 DMC（g） 預(yù)熱器中熱量衡算甲醇 25℃，2Mpa—125℃，2MPa△Hapv=A(1T/Tc)n，A=,Tc=，T=298K，n=∴△Hapv= KJ/mol△H=∫（a+bT+cT2）dT = KJ/mol △Hmeth=△H+△Hapv=+= KJ/molO2 25℃，2Mpa—125℃，2MPa△H=∫（a+bT+cT2）dT = KJ/molCO 25℃，2Mpa—125℃，2MPa△H=∫（a+bT+cT2）dT = KJ/molN2 25℃，2Mpa—125℃，2MPa△H=∫（a+bT+cT2）dT = KJ/mol預(yù)熱器中各物質(zhì)需要的熱量為： Qmeth=1000=106 KJ/h QO2=1000=105 KJ/h QCO=1000=106 KJ/h QN2=1000=105 KJ/h進入預(yù)熱器總的熱量為 Q= Qmeth+ QO2+ QCO+ QN2 =106 KJ/h表33 預(yù)熱器熱量衡算表物 質(zhì)預(yù)熱器（CH3OH，CO，N2，N2）需輸入的熱量n(kmol/h)蒸發(fā)熱(kJ/mol/h)+n△Hapv(104kJ/h)CH3OHCO0N20O20 預(yù)熱器中通入180℃，1MPa的飽和水蒸氣，出預(yù)熱器時125℃，1MPa的未飽和水。查水蒸氣表得：180℃，1MPa時飽和水蒸氣的氣化潛熱γ= KJ/kg 180℃，1MPa時飽和水蒸氣的密度為ρ= Kg/m3 180℃，1MPa時水的比焓為h1= KJ/kg 125℃，1MPa時水的比焓為h2= KJ/kgQ總=γm+( h1 h2)m∴m= kg/h∴Qv= m3/h計算反應(yīng)（1）（2）放出的熱量主反應(yīng)（1）熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算： 設(shè)計反應(yīng)框圖如下：（S4）T2（125℃）P2(2MPa)DMC(g)+ H2O (g)（S3）T2（125℃）P2(2MPa)CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S2）T2（125℃）P1()CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S1）T1（25℃）P1()CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S5）T2（125℃）P1()DMC(g)+ H2O (g)（S6）T1（25℃）P1()DMC(g)+ H2O (g)△H12△S12△H23△S23△H34△S34△H45△S45△H56△S56△H16△S16(1)狀態(tài)S1到狀態(tài)S2的焓變和熵變△H12=2++= KJ/mol △S12=∫Cp，M,COdlnT+∫Cp，M,O2dlnT+2∫ Cp，M,meth dlnT =++2 = J/(molK)(2)狀態(tài)S2到狀態(tài)S3的焓變和熵變△H23=0(氣體可看做理想氣體，溫度不變，焓值不變) △S23=Rln（P2/P1）=ln（2/） = J/(molK)（3）狀態(tài)S4到狀態(tài)S5的焓變和熵變△H45=0（氣體可看做理想氣體，溫度不變，焓值不變）△S45=2Rln（P1/P2）=2ln（） = J/(molK)（4）狀態(tài)S5到狀態(tài)S6的焓變和熵變△H56=∫Cp，M,DMCdT +∫Cp，M,H2OdT = = KJ/mol△S56=∫Cp，MDMCdlnT +∫Cp，M H2OdlnT = = J/(molK)(5) 狀態(tài)S1到狀態(tài)S6的焓變和熵變△H16=△fHm,DMC+△fHm,H2O △fHm,△fHm,O22△fHm,meth =++0+2 = KJ/mol△S16=△fSm,DMC+△fSm,H2O△fSm,△fSm,O22△fSm,meth =+ = J/(molK)(6) 狀態(tài)S3到狀態(tài)S4的焓變和熵變 △H34=△H16△H12△H23△H45△H56 =+ = KJ/mol △S34=△S16△S12△S23△S45△S56 =++ = J/(molK)求反應(yīng)條件下的吉布斯自由能： S3【398K,2MPa；CO（g）+（g）+2CH3OH（g）】→S4【398K,2MPa；DMC（g）+H2O （g）】 △rG=△rG34=△H34T△S34 =()/1000 = KJ/mol求此反應(yīng)的反應(yīng)平衡常數(shù) △rG34=RTlnk∴k=1031副反應(yīng)（2）熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算表34 查文獻【3】得DMO的熱力學(xué)數(shù)據(jù)物質(zhì) △fHm / △fGm △fSm Cp (J/(molK))KJ/mol KJ/mol J/(molK) =A+B(T/100)+C(T/100)2+D(T/100)4A B C DDMO 設(shè)計反應(yīng)框圖如下：（g）（S3） T2（125℃P2(2MPa)2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S4） T2（125℃P2(2MPa)DMO(g)+ H2O (g)（S2） T2（125℃P1()2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S1） T1（25℃P1()2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）（S5） T2（125℃P1()DMO(g)+ H2O (g)（S6） T1（25℃P1()DMO(g)+ H2O (g)△H12△S12△H23△S23△H34△S34△H45△S45△H56△S56△H16△S16(1) 狀態(tài)S1到狀態(tài)S2的焓變和熵變△H12=2∫Cp，MCOdT+∫Cp，M O2dT+2∫ Cp，Mmeth dT =2++2 = KJ/mol△S12=2∫Cp，M,COdlnT+∫Cp，M,O2dlnT+2∫ Cp，M,meth dlnT =2++2 = J/(molK)(2) 狀態(tài)S2到狀態(tài)S3的焓變和熵變△H23=0(氣體可看做理想氣體，溫度不變，焓值不變) △S23=Rln（P2/P1）=ln（2/） = J/(molK)（3）狀態(tài)S4到狀態(tài)S5的焓變和熵變 △H45=0（氣體可看做理想氣體，溫度不變，焓值不變) △S45=2Rln（P1/P2）=2ln（） = J/(molK)（4）狀態(tài)S5到狀態(tài)S6的焓變和熵變△H56=∫Cp，M,DMOdT +∫Cp，M,H2ODt == KJ/mol△S56=∫Cp，MDMOdlnT +∫Cp，M H2OdlnT == J/(molK)(5) 狀態(tài)S1到狀態(tài)S6的焓變和熵變△H16=△fHm,DMO+△fHm,H2O 2△fHm,△fHm,O22△fHm,meth =+2+0+2 = KJ/mol△S16=△fSm,DMO+△fSm,H2O2△fSm,△fSm,O22△fSm,meth =+ = J/(molK)(6) 狀態(tài)S3到狀態(tài)S4的焓變和熵變△H34=△H16△H12△H23△H45△H56 =+ = KJ/mol△S34=△S16△S12△S23△S45△S56 =++ = J/(molK)求反應(yīng)條件下的吉布斯自由能： S3【398K,2MPa；2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）】→S4【398K,2MPa；DMO（g）+H2O （g）】 △rG=△rG34=△H34T△S34 =+398 = KJ/mol求此反應(yīng)的反應(yīng)平衡常數(shù) △rG34=RTlnk∴k=1032計算125℃，2MPa下反應(yīng)CO（g）+（g）+2CH3OH（g）→DMC（g）+H2O（g）的反應(yīng)熱：已知此反應(yīng)的△H= KJ/mol△ξ= Kmol/h Q=△ξ△H=1000 =106 KJ/mol即該反應(yīng)放出熱量Q1=106 KJ/mol 計算125℃，2MPa下反應(yīng)2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）→DMO（g）+H2O（g）的反應(yīng)熱： 已知此反應(yīng)的△H= KJ/mol △ξ= Q=△ξ△H=1000 =106 KJ/mol 即該反應(yīng)放出熱量Q2=106 KJ/mol反應(yīng)器中放出的總熱量為 Q總= Q1+Q2=106 KJ/mol表35反應(yīng)器熱量衡算表反應(yīng)式反應(yīng)焓(kJ/mol)耗甲醇量(kmol/h)反應(yīng)熱Q(104kJ/h)CO（g）+（g）+2CH3OH（g）→DMC（g）+H2O（g） 主 2CO（g）+（g）+2CH3OH（g）→DMO（g）+H2O（g） 副∑反應(yīng)溫度保持在125℃，則需要向反應(yīng)器中通入水帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量： Q總= 106 KJ/mol 用常壓下飽和水為冷卻介質(zhì)進水：T=100℃,P=， ρ=998kg/m3氣化潛熱γ=，此時的比焓h1= KJ/kg出反應(yīng)器：T=120℃,P=，此時比焓h2= KJ/kgQ總=γm+( h2 h1)m∴m= kg/h∴Qv= m3/h參考文獻：【1】[M].北京：高等教育出版社. 【2】李忠，周麗，[J].[34]：4450. 【3】張旭，[J].[40]：403407. 反應(yīng)器的形式和大小，傳熱反應(yīng)溫度： 125℃ 反應(yīng)壓力： 2MPa 反應(yīng)如下：其反應(yīng)速率方程:上述反應(yīng)速率方程是以單位催化劑為基準(zhǔn)，故按下式計算：(1)、主副反應(yīng)的反應(yīng)物相同，故可以按選擇性作如下簡化：2 CH3OH ++1/2 O2→( CH3O) 2CO+( CH3COO) 2+ H2O物料衡算如下：進料N%/kpa出料Kg/hKmol/hKg/hKmol/hCH3OHCOO2N2CH3O) 2CO( CH3COO) 2H2O；,則：將各式代入 (2)、上式例用matlab軟件進行積分，如圖(1)、圖(2)所示。I=n=13所編程序如下：fx=inline(39。1./(.*10.^(7).*((.*(1x))./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^+.*10.^(3).*(.*(1x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^)39。)。[I,n]=quad(fx,0,)所得結(jié)果即為：(3)、按百分之一負(fù)載量計算： ，已知催化劑堆密度=則：因催化劑的性能非常好，催化劑裝填的時候，用惰性填料稀釋，按20倍稀釋裝填：，則：(4)、為了減少催化劑床層徑向溫度差 ，并且單位床層體積具有較大的傳熱面積，通常反應(yīng)器列管直徑都比較小,多為 2035 mm，這里選取規(guī)格φ35。且為了能滿足列管內(nèi)的活塞流模型，選取高徑比為20，故裝填高度為6m。(5)、管數(shù)n，取1359。查得塔經(jīng)的計算公式有式中D—殼體內(nèi)徑，m； t—管中心距，m； —橫過管中心線的管數(shù)； —管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 ； 一般取 ,取管子按正三角形排列如下圖圖51 反應(yīng)器列管排列示意圖則橫過管中心線的管數(shù)為 可得所以，可得圓整后取反應(yīng)器外徑為1900mm。催化劑填充高度為6m，反應(yīng)器上下留有一定空間，故取反應(yīng)器筒體高度為7m。 式中 p——壓力，Pa。 fm——修正的摩擦系數(shù)； ρ——流體密度，kg/m3； r u0——空塔線速，m/s，因物料粘度較小，取3m/s； dp——催化劑顆粒直徑，m； ——床層空隙率； e