【正文】 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(jìn)水：T=100℃,P=， ρ=998kg/m3 氣化潛熱 γ=，此時(shí)的比焓 h1= KJ/kg出反應(yīng)器：T=120℃,P=，此時(shí)比焓 h2= KJ/kgQ 總 =γm+( h2 h1)m∴m= kg/h∴Q v= m3/h參考文獻(xiàn)：【1】[M].北京：高等教育出版社. 【2】李忠，周麗，學(xué)分析[J].[34]：4450. 【3】張旭，[J].石[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(jì)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→( CH 3O) 2CO+( CH3COO) 2+ H2O物料衡算如下：進(jìn)料 出料Kg/h Kmol/hN% /kpaKg/h Kmol/hCH3OH CO O2 N2 ； ,則：將各式代入CH3O) 2CO ( CH3COO) 2 H2O (2)、上式例用 matlab 軟件進(jìn)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))./(1.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^+.*10.^(3).*(.*(1x)./(1.*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(jì)算： ，即需催化劑質(zhì)量為人 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(shí)候，用惰性填料稀釋，按 20 倍稀釋裝填：已知床層空隙率 ，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(jì)算公式有 39。2)1(bntDc????式中D—?dú)んw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39。b ；mdt ??? 一般取 ,取239。 )~( 39。 ??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 nc1.?可得 .???)4(0???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； ? 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； ? H——床層高度，m； μ——流體的絕對黏度， pa sa、b——系數(shù)，采用Ergun 提出的數(shù)值，a＝，b＝150。而取 查各組分的粘度后計(jì)算混合粘度為 則： 機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核(1) 設(shè)計(jì)的選材考慮到使用溫度、 需用應(yīng)力、 壓力及材料的焊接性能等 ， 在設(shè)計(jì)中選?。簹んw、 列管、 管板、 封頭、 法蘭、支座、 折流板材料為 Q235A。(2) 筒體的計(jì)算根據(jù)流體進(jìn)出口溫度，選擇流體的設(shè)計(jì)溫度為450K，設(shè)計(jì)壓力為 1=,材料為Q235A（ 化 工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)），焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，故焊接系數(shù) φ= 1；根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定材料的許用應(yīng)力 107M則厚度按下式計(jì)算： ??22pDCCφidt??????式中 δ d ——筒體的設(shè)計(jì)壁厚，mm；δ——筒體的計(jì)算壁厚，mm；p——筒體的設(shè)計(jì)壓力，MPa；Di——筒體內(nèi)徑，mm；[σ] ——鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；t——焊接接頭系數(shù)；φ——腐蝕裕量，有輕微腐蝕，取C2=1mm2C則： ???????????，故取 = , 則d?圓整后取厚度為1 0mm (3) 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核：規(guī)定的試驗(yàn)壓力 ???水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力：已知 ， , 則：sσ=3MPa????TiD+.=???（ ） ?s?MPa故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。 封頭的設(shè)計(jì) 選用橢圓形封頭，因反應(yīng)器直徑為了1300mm,查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，封頭高350mm,厚度為筒體厚度10mm，直邊高度h==*1300=250mm (1) 反應(yīng)器進(jìn)口由已知條件： 進(jìn)料甲醇摩爾流量：F0=進(jìn)料比 CH3OH:CO:O2:N2=:::摩爾比：CH3OH:CO:O2:N2=:::在 120℃，10atm 的條件下，各組分密度（ ）：CH3OH：。 CO：。 O2：。 N2:則混合氣體密度ρ=∑ni*ρi =*+*+*+*=故： =反應(yīng)器進(jìn)口總流量為，選進(jìn)入反應(yīng)器之前總管道運(yùn)輸速度為40m/s 并聯(lián)總管的直徑為：采用DN=150mm的管道校核：根據(jù)選取的公稱直徑為150，則速度為：(2) 出口管設(shè)計(jì) 反應(yīng)器出口氣體與進(jìn)口相當(dāng)，固取DN=150mm,對于液體出口，液體流量為查得草酸二甲酯的密度為:選液體傳送速度為10m/s,則出口管直徑為： 圓整后選取DN=150 的壓力管口校核：根據(jù)選取的鋼管內(nèi)徑為150mm，則： 氣體分布器 為保證氣體進(jìn)入反應(yīng)器后均勻分布，在氣體進(jìn)口處設(shè)氣體分布器 支座的設(shè)計(jì) 支座采用裙座，塔設(shè)備的裙座可分為圓筒形和圓錐形兩種，當(dāng)塔的高徑比大于30時(shí)需要用圓錐形，故本設(shè)計(jì)采用圓筒形。高度按一般工藝經(jīng)驗(yàn)取4m,塔徑為12002022mm時(shí)時(shí)需開4個Φ50mm的排氣孔。 塔徑在1m以上的開兩個D=450mm的人孔。 防火層的設(shè)計(jì) 考慮到裙座的防火問題，在裙座內(nèi)外側(cè)均敷設(shè)防火層，防火材料為石棉水泥層, 厚度為50mm。第二部分 分離段4 .常壓精餾塔 物料衡算由反應(yīng)器出來的甲醇、DMC 和 DMO 的質(zhì)量流量分別為mMe=，m DMC=701 kg/h，m DMO= kg/h，溫度為 320K，摩爾分?jǐn)?shù)分別為： /??DMODMCMeeMex 059. /??DMODMCMeDMC mmx 則 xDMO==，混合物的平均相對分子質(zhì)量為：MF=MMexMe+MDMCxDMC +MDMOxDMO=++ =進(jìn)料摩爾流量為： ??F =從塔底分離出的 DMO 組成為 ω=，可視為純的草酸二甲酯，則其摩爾分?jǐn)?shù)為 xW=，進(jìn)料的甲醇和 DMC 基本都從塔頂出，故塔頂甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為： eemMMDC??即 xD=，所以塔頂 DMC 摩爾分?jǐn)?shù)為 xDMC=總物料恒算： F=D+W甲醇物料恒算： Fx F=DxD+WxW聯(lián)立解得： W ＝ D＝表 物料分布表類別 甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 總摩爾流率 /( kmol/h)餾出液 進(jìn)料液 釜液 熱量恒算由軟件得冷凝器負(fù)荷 MJ/h 再沸器負(fù)荷 MJ/h （1）再沸器，汽化潛熱為r=。則所用加熱的蒸汽量為：Gh= Q/r=106/(103)=（2）冷凝器，其比熱Cp= J/(kg.℃) ，則所用冷凝的水用量為： cG)2580(????tCQp= 設(shè)備計(jì)算（1）設(shè)置單位 選擇“Si”制，將“Presure”設(shè)置為“Mpa” ，單擊“OK”。（2）選擇組分 選擇甲醇，DMC，DMO在“search for”中填入“methanol”，點(diǎn)擊“ add”即可在左面的空白區(qū)看見“117 methanol”，表示已經(jīng)選中第一組分甲醇。同理選中第二組分1798碳酸二甲酯，第三組分276草酸二甲酯，點(diǎn)擊“OK” 。（3）選擇熱力學(xué)模型選SRK方程，點(diǎn)擊“ OK”。同樣，點(diǎn)擊 “Thermophysical” →“enthalpy”，選擇SRK方程，點(diǎn)擊“ OK”即可。（4）詳細(xì)定義進(jìn)料物流 雙擊紅色箭頭后方框內(nèi)的流股1，填寫數(shù)據(jù):進(jìn)料溫度：320K，壓強(qiáng)：，其中甲醇： DMO： DMC: ，進(jìn)料總量：。其中溫度、壓力和氣象組成三者可任選兩個填入，在此處填入的為溫度、壓力，注意：不可三者都填。將甲醇和碳酸二甲酯、草酸二甲酯的進(jìn)料摩爾組成、進(jìn)料摩爾流量填入，設(shè)置完后單擊“OK”即可。（5）詳細(xì)定義各單元操作 雙擊塔 1（設(shè)備 1） ，可得如下畫面，其中在“Light key split”中填入 xD，在“Heavy key split”中填入 1?xD，在 R/Rmin 中填入一個倍數(shù)，如 。單擊“OK”。（6）運(yùn)行模擬計(jì)算，并顯示計(jì)算結(jié)果 可知運(yùn)算的的理論板數(shù)為18塊(不包括冷凝器和再沸器)，進(jìn)料板是第9塊，單擊“OK”?？偽锪掀胶饨Y(jié)果：物料 進(jìn)料 kmol/h 出料 kmol/h 進(jìn)料 koml/h koml/h甲醇 DMO DMC 總量 查看計(jì)算結(jié)果 簡潔計(jì)算結(jié)果 模型 2 輕關(guān)鍵組分 輕關(guān)鍵組分摩爾分?jǐn)?shù) 重關(guān)鍵組分 重關(guān)鍵組分摩爾分?jǐn)?shù) 最小回流比 塔板數(shù) 最小塔板數(shù) 進(jìn)料版 冷凝負(fù)荷器 MJ/h 再沸器負(fù)荷 MJ/h 操作壓力 MPa 最小回流比 實(shí)際回流比 （7）嚴(yán)格計(jì)算 以上面的簡潔計(jì)算為進(jìn)料 stages（理論板數(shù)）18 ，F(xiàn)eed stages （進(jìn)料板）9。T ，T 。（8） 運(yùn)行 列出物料衡算表：Job Name: 塔1 Date: 01/10/2022 Time: 20:44:31 Scds Rigorous Distillation SummaryEquip. No. 2 Name No. of stages 18 1st feed stage 9Subcooled delta T K Condenser mode 6Condenser spec Cond p i pos. 3 Reboiler mode 6Reboiler spec. Reboiler p i 3Est. T top K Est. T bottom K Calc Cond duty MJ/h Calc Reblr duty MJ/h Calc Reflux mole (kmol/h)Calc Reflux ratio Calc Reflux mass kg/h Calc. tolerance （9）設(shè)備尺寸計(jì)算 點(diǎn)擊sizing→packing，跳出如下圖對話框：則Mellapak 250Y的填料參數(shù)為：Packing area=250m2/m3，Void fraction=，K1=，K2=，K3=，K4=，且其理論板數(shù)NT=2~3 ，選擇 NT= ，那么HETP=，點(diǎn)擊 OK。按此設(shè)置ID:2。1m1CHEMCAD Page 1Job Name: 塔1 Date: 01/10/202