【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(jìn)出口溫度的確定見表 。 表 各股物流進(jìn)出口溫度 換熱器 進(jìn)口溫度（ K） 出口溫度（ K） 反應(yīng)器后冷卻器 537 500 反應(yīng)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(jìn)出口溫度，見表 . 表 各設(shè)備的進(jìn)出口溫度 各裝置的熱負(fù)荷 進(jìn)口溫度 (K) 出口溫度 (K) 反應(yīng)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(jī) 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(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 ⑴ 反應(yīng)器的熱負(fù)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(yīng)器后冷卻器的熱負(fù)荷 ? ?15005373102321 1 8 8 4 1 5 111?????????????????? ?hkJTCNQ PE ? ⑶ 反應(yīng)器前換熱器的熱負(fù)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(fù)荷 ? ? 1314380 265 160623913 ?? ?????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)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(yīng)器的計算 反應(yīng)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(yīng)均為放熱反應(yīng)，而副反應(yīng)的活化能及熱效應(yīng)均很大，所以過程溫度的控制非常重要，應(yīng)該低于 300℃要及時移出反應(yīng)放出的熱量，為此選擇外冷列管式反應(yīng)器。根據(jù)反應(yīng)器的溫度控制范圍，選擇導(dǎo)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(xì)列管，內(nèi)徑不大于 25 mm?；诖朔磻?yīng)器的設(shè)計計算選擇一維平推流模型，即只考慮反應(yīng)組分及反應(yīng)器溫度和導(dǎo)熱油溫度隨床層高度的變化。 催化劑的動 力學(xué)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(xué)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(yīng)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(xué)城市學(xué)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(yīng)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(xué)方程式的變換 在不考慮其它副反應(yīng)的情況下，過程有兩個獨立反應(yīng)，對應(yīng)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(xué)方程進(jìn)行變換，將動力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為只含有乙烯和環(huán)氧乙烷的摩爾分?jǐn)?shù)，即42HCy、 OHCy42的函數(shù)。 ⑴ 氣體壓力 iP 的42HCy、 OHCy42函數(shù)表達(dá)式 由于動力學(xué)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(xué)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(jìn)行反應(yīng)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(xué)城市學(xué)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(dǎo)的物理量代入動力學(xué)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(dá)的動力學(xué)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(yīng)器進(jìn)行物料衡算，關(guān)鍵反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器進(jìn)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(xué)城市學(xué)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(yīng)放出的熱量 )( 1??mo lkJ單位： 2RH? — 副反應(yīng)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(yīng)器進(jìn)行物料衡算，關(guān)鍵反應(yīng)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(dǎo)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(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 導(dǎo)熱油沒有化學(xué)變化但是有溫度變化 ,選整個反應(yīng)器為研究對象，對導(dǎo)熱油溫度微元變化作熱量衡算。導(dǎo)熱油進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)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(jìn)行計算機(jī)編程來實現(xiàn)對反應(yīng)器長度的計算，從而確定反應(yīng)器的大小。所以確定相應(yīng)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(yīng)器的列管數(shù) 8000 反應(yīng)器的列管直徑 (mm) 25? 反應(yīng)器總壓 (MPa ) 反應(yīng)器的進(jìn)口溫度（ K） 474 熱油的進(jìn)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(yīng)器的總傳熱系數(shù)的確定 導(dǎo)熱油 反應(yīng)物 Ta Ta+dTa 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 19 反應(yīng)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(yīng)器的總傳熱系數(shù) K。已知數(shù)據(jù)列表 。 表 反應(yīng)器的總傳熱系數(shù)的確定的已知數(shù)據(jù) 反應(yīng)器的列管數(shù) 13500 反應(yīng)器的列管長度（ m） 反應(yīng)器的實際傳熱溫度（℃） 280266 熱油的進(jìn)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(yīng)器的列管直徑 Φ 25 根據(jù) mmm tt: ???????? PCVSKQ 14266259280254ln )266259(28