【文章內(nèi)容簡介】 ： 362 T103. 01 70. 01 8 3 ??? 通過 VB 語言編程計算上式方程（編程代碼見附錄 4），得 T=336K ● 各股物流進出口溫度的確定見表 。 表 各股物流進出口溫度 換熱器 進口溫度（ K） 出口溫度（ K） 反應器后冷卻器 537 500 反應器前換 熱器 336 474 二氧化碳吸收塔頂冷卻器 380 314 根據(jù)熱量衡算結(jié)果匯總各設(shè)備進出口溫度，見表 . 表 各設(shè)備的進出口溫度 各裝置的熱負荷 進口溫度 (K) 出口溫度 (K) 反應器 474 537 器后換熱器 冷流體 453 453 熱流體 537 298 器前換熱器 冷流體 336 465 熱流體 500 375 EO 吸收塔 375 307 二氧化碳吸收塔 373 380 壓縮機 343 塔后換熱器 冷流體 298 303 熱流體 380 314 第 2 個分離 罐上 314 314 新鮮物料 298 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 ⑴ 反應器的熱負荷 13 4 1 5 3 5 1 )4 7 7 7(6 0 5 6 0 0 0 01 ???? ????? ?? hkJTCmQ Poi l ?反 ⑵ 反應器后冷卻器的熱負荷 ? ?15005373102321 1 8 8 4 1 5 111?????????????????? ?hkJTCNQ PE ? ⑶ 反應器前換熱器的熱負荷 ? ? 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荷 ? ? 1314380 265 160623913 ?? ?????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 4 主要設(shè)備的工藝計算及選型 4. 1 反應器的計算 反應過程選燕山石化生產(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。由于主副反應均為放熱反應，而副反應的活化能及熱效應均很大，所以過程溫度的控制非常重要，應該低于 300℃要及時移出反應放出的熱量，為此選擇外冷列管式反應器。根據(jù)反應器的溫度控制范圍，選擇導熱油撤熱。 為了保證床層內(nèi)有盡可能小的徑向溫差，選擇較細列管，內(nèi)徑不大于 25 mm?；诖朔磻鞯脑O(shè)計計算選擇一維平推流模型，即只考慮反應組分及反應器溫度和導熱油溫度隨床層高度的變化。 催化劑的動 力學模型 （ 21 RR、 分別為環(huán)氧乙烷和二氧化碳的生成速率） 選擇 YS5型 32/ OAlAg ， 針對該催化劑測定的宏觀動力學模型 ［ 8］。 ? ?E D CK1 1PPKPK1PPkRED C , 1OH21OOCOCOOHC1122222242 ??????????? （ 41） ? ?E DCK1 1PPKPK1PPkRE D C ,2OH21OOCOCO222222242 ??????????? （ 42） R R2環(huán) 氧乙烷和二氧化碳的生成速率???????? ???????????? ???? TRg 10. 0 9 313 0 . 7 8e x pk TRg 101 7 x pk 5241? 為主副反應的速率常數(shù)???????? ???????????? ???? TRg 101 . 1 7 62 4 . 6 0e x pK TRg 105 . 3 7 41 2 . 4 5e x pK 5O4CO 22? 為二氧化碳和氧氣的吸附平衡常數(shù) 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 ? ?EDCK1 1ED C,1 ?? ? ?EDCK1 1ED C,2 ?? 分別為抑 制劑對主副反應速率的影響，在 EDC 的濃度為 ppm 級時，趨向于 1，本設(shè)計忽略該項。 動力學方程式的變換 在不考慮其它副反應的情況下，過程有兩個獨立反應，對應存在兩個關(guān)鍵組分，考慮到乙烯及環(huán)氧乙烷的重要性，本設(shè)計選擇二者為關(guān)鍵組分。為了方便隨后的計算，首先對動力學方程進行變換，將動力學方程轉(zhuǎn)化為只含有乙烯和環(huán)氧乙烷的摩爾分數(shù)，即42HCy、 OHCy42的函數(shù)。 ⑴ 氣體壓力 iP 的42HCy、 OHCy42函數(shù)表達式 由于動力學方程式（ 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 將動力學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)計中，考慮初始狀態(tài)沒有目的產(chǎn)物生成，則初始狀態(tài) OHCy42=0）。 分別用 NT0和 NT表示初始狀態(tài)及某一瞬間氣體總的摩爾流量，則 由方程式（ 41）和（ 42）知：進行反應時體積將減少 ，而減少的 是由方程式 （ 41） 產(chǎn)生的，其變化量為總的摩爾的變化量即 TTOHCT NNyN ?? 0,，則OHCTT yNN , ??，則各物質(zhì)的含量又是42HCy、 OHCy42的函數(shù)變換如下： OHCHCOHCHCOOTOHCTHCTHCTOHCTOTOOyyyyyyNyNyNyNyNNNNy424242422242424242222))(3()(0,0,0,0,0,???????????整理得： 5 3 3 42422 ???? OHCHCO yyy OHCHCCO yyy 42422 ???得：同上式計算方法，整理 OHCHCOH yyy42422 ??? 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 各物質(zhì)氣體壓力是42HCy、 OHCy42的函數(shù)，整理得： )(42422 OHCHCCO yyPP ???? 0 . 5 3 2 ) 2 . 2 3 4 y3( 424222 CO OHHCO yPyPP ????? )( 42422 OHCHCOH yyPP ???? ⑵ 方程式的變換 將以上推導的物理量代入動力學方程式（ 41）、（ 42），即得以乙烯和環(huán)氧乙烷的摩爾百分含量42HCy、 OHCy42表達的動力學方程式。 建立一維平推流模型 (A 42HC ,B OHC 42 ) ⑴ Ay 隨床層高度 L 變化的微分方程 選長度為 dL的微元段反應器進行物料衡算，關(guān)鍵反應物乙烯為衡算對象。微元衡算示意圖見圖 。 NT0 — 初始總的物質(zhì)的量（單位： kmol h1） cA0 — 初始乙烯的濃度（單位： mol L1） 堆密度ρ =620kg m3 RAAA dVrrdNNN 6 2 010)21()( 321 ?????? ? ABTATA yyNyNN ????? )( 0,? dLnDdV R ??? 24? 0,3221 620xx4)21()(:TBANnDrrydLdy ????????? ??即 ⑵ 反應器溫度 T 隨床層高度 L變化的微分方程 選長度為 dL的微元段反應器進行熱量衡算，微元衡算示意圖見圖 。 NA NA+dNA NT0 cA0 圖 微元衡算示意圖 dL 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 圖 微元衡算示意圖 1RH? — 主反應放出的熱量 )( 1??mo lkJ單位： 2RH? — 副反應放出的熱量 )( 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 h1） Cpi— 某物質(zhì)的比熱容（單位： J（ mol1 K1）） dATTKdVHRrdVHRrTdTTCTTCaRRPiPi?????????????????????????)(620)(21620)()(N)(N02211ii 基基 dLnDdA ???? ?? PiaCnDTTKDnHRrHRrdLdTi22211N)(6204)21(:?????????????????? ??即 ⑶ By 隨床層高度 L變化的微分方程 同①中選長度為 dL 的微元段反應器進行物料衡算，關(guān)鍵反應物環(huán)氧乙烷為衡算對象。 RBBB dVrdNNN 6 2 010)(0 31 ?????? ? BBTBTB yyNyNN ????? )( 0,? 0,3212 620xx4)(:TBBNnDrydLdy ???????? ??即 ⑷ 導熱油溫度 Ta隨床層高度 L變化的微分方程 T T+dT Nt0 cA0 dL 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 導熱油沒有化學變化但是有溫度變化 ,選整個反應器為研究對象，對導熱油溫度微元變化作熱量衡算。導熱油進入反應器后的溫度 Ta隨床層高度 L 變化的模型如圖 。 圖 熱量衡算示意圖 ATTKTTTNCTTN P d)()d()(0 aaaaaa ???????????? 基基 LDA dnd ???? ?? 即PCNDTTKLT ? ??????aaa n)(dd ?： 確立相應的參數(shù) 通過確定 Ay 、 By 、 T、 aT 與床 層高度 L的四階微分方程中各個參數(shù)，以及給定 Ay 、By 、 T、 aT 的初值，進行計算機編程來實現(xiàn)對反應器長度的計算，從而確定反應器的大小。所以確定相應的參數(shù)是一個必不可少的環(huán)節(jié)。確定本設(shè)計內(nèi)容中的設(shè)計參數(shù)總結(jié)如下表所示表 。 表 設(shè)計參數(shù)總表 反應器的列管數(shù) 8000 反應器的列管直徑 (mm) 25? 反應器總壓 (MPa ) 反應器的進口溫度（ K） 474 熱油的進口溫度（ K） 474 熱油的流量（ 13 ??hkg ） 3560000 熱油的熱容（ 11 ?? ?? ℃kgkJ ） 熱油的密度（ 3??mkg ） 931 ⑴ 反應器的總傳熱系數(shù)的確定 導熱油 反應物 Ta Ta+dTa 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 19 反應器的總傳熱系數(shù)的確定：根據(jù)燕山石化年產(chǎn) 8萬噸環(huán)氧乙烷的實際工藝設(shè)計方案及參數(shù)，反算反應器的總傳熱系數(shù) K。已知數(shù)據(jù)列表 。 表 反應器的總傳熱系數(shù)的確定的已知數(shù)據(jù) 反應器的列管數(shù) 13500 反應器的列管長度（ m） 反應器的實際傳熱溫度（℃） 280266 熱油的進出口溫度（℃） 254259 熱油的流量（ 13 ??hm ） 5100 熱油的密度（ kg m3） 931 熱油的熱容（ 11 ?? ?? ℃kgkJ ） 反應器的列管直徑 Φ 25 根據(jù) mmm tt: ???????? PCVSKQ 14266259280254ln )266259(28