【導(dǎo)讀】工業(yè)上環(huán)氧乙烷主要由乙烯與氧氣在。銀催化劑作用下直接氧化制得。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)年產(chǎn)6萬噸環(huán)氧乙烷氧化反應(yīng)。闡述了環(huán)氧乙烷的基本性質(zhì)及用途;在確立了環(huán)氧乙烷氧化。涉及的主要換熱器進(jìn)行了選型。對(duì)氧化反應(yīng)工序進(jìn)行了平立面布置設(shè)計(jì)，對(duì)反應(yīng)。儀表流程圖、平立面布置圖及局部的管道布置圖。在常溫常壓下為無

　　

【正文】 v— 水的克分子容積（單位： cm3 mol1） Ms— 水的相對(duì)分子質(zhì)量 T— 絕對(duì)溫度（單位： K） T 取吸收塔進(jìn)出口的算術(shù)平均溫度即 298K 將所確定數(shù)據(jù)帶入式 (45)可得： DL= 106m2 h1 ● 氣膜吸收系數(shù) kG及液膜吸收系數(shù) kL的計(jì)算 ⑴氣膜吸收系數(shù)由下式［ 14］計(jì)算： )()()(23 RTDaDa uk VtVV VVt VG ? ??? (46) 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 式 (46)中各個(gè)量的物理意義及數(shù)據(jù)確定： uV— 氣相質(zhì)量通量 (單位： kmol（ m2 h1 KPa1） ) uV= （ m2 h1） μ V— 混合氣體黏度（單位： Pa s） μ V=（ m1 h1） T— 絕對(duì)溫度（單位： K） T 取氣相進(jìn)口溫度 341K at— 填料的總比表面積（單位： m2 m3） at=109m2 m3 將所確定數(shù)據(jù)帶入式 (46)可得： kG= 103mol （ m2 h1 KPa1） ⑵ 填料的濕潤(rùn)比表面積 aw計(jì)算 填料的濕潤(rùn)比表面積 aw采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式［ 14］計(jì)算： ?????????? ??????????????????????????????????? ? 2 x p1tLLLLtLLtLLctw augaua uaa ?????? （ 47） 式 (47)中各個(gè)量的物理意義及數(shù)據(jù)確定： uL— 液相質(zhì)量通量 (單位： kmol （ m2 h1 KPa1） ) uL= （ m2 h1） σ L— 液體的表面張力（單位： kg h2）（ 1dyn/cm=12960kg h2） σ L=9720xx kg h2 σ c— 填料材 質(zhì)的臨界表面張力（單位： kg h2） σ c=940896 kg h2將所確定數(shù)據(jù)帶入式 (47)可得： aw= m3 ⑶ 液膜吸收系數(shù)由下式［ 14］計(jì)算： 312132 )()()( RTDaDa uk LwLLLLwLL ?? ? ?? (48) 將所確定數(shù)據(jù)帶入式 (48)可得： kG= m2 h1 KPa1 ● KGa 的計(jì)算 查有關(guān)資料開孔環(huán)填料形狀系數(shù)ψ =［ 14］ ，則 kGa=kGawψ = 103 = 同理： kLa=kLawψ == 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 由 k39。Ga=???????? ???????? ?? Fuu kGa=［ 1+（ ） ］ = 同理： k39。La=???????? ???????? ?? Fuu kLa= 則： 11339。39。11 111 1 ??? ????????? K P ahmk m olaHkakaKLGG 塔徑 D 的計(jì)算 填料塔直 徑采用式 (67)計(jì)算，計(jì)算塔徑的核心問題是確定空塔氣速 u，空塔氣速采用泛點(diǎn)氣速法確定，而泛點(diǎn)氣速采用?？颂兀?Eckert）通用關(guān)聯(lián)圖［ 14］得知。則 uVD s?4? （ 49） 氣相質(zhì)量流量為： wV= = h1 液相質(zhì)量流量為： wL= 18= h1 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為： 9 6 3 6 9 4 9 3 9 5 2 2 ???????????????? LVVLww ?? 查 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖得： ?LLVFF gu ????? 查散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值圖得：φ F=140m1 1 7 3 4 0 9 ?????? ???? smgu LVF LF ???? ? 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 取 u== = s1 由 49 式得： D= 圓整 塔徑取 D=3000mm 泛點(diǎn)率校核： 12 6 0 8 ) 6 0 0/( 3 6 9 4 9 ???? ?? smu ??Fuu （在允許范圍 內(nèi)） 填料規(guī)格校核： 860503 0 0 0 ???dD 液體噴淋密度校核： Lh— 液體噴淋量（單位： m3 h1） 取最小潤(rùn)濕速率為（ Lw） min= (m1 h1) umin=（ Lw） min at= 109= (m2 h1) 液體的噴淋密度： m i n12322 ??????? ?? 綜上：經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 3000mm 合理。 填料塔高度計(jì)算 ● 氣相總傳質(zhì)單元高度 HOG maPK qaK qH G vnY vnOG 20xx 53 2, ????????? 經(jīng)查文獻(xiàn)得，對(duì)于不同直徑的填料其對(duì)應(yīng)的理論板當(dāng)量高度如下： 表 不同直徑對(duì)應(yīng)的理論板當(dāng)量高度 填料直徑 (mm) 25 38 50 HETP(m) 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 故，選經(jīng)驗(yàn)值理論板當(dāng)量高度為 。 ● 氣相總傳質(zhì)單數(shù) NOG 傳質(zhì)推動(dòng)力： ????????? ? mXYYYY 0 0 0 0 ?????? ? mXYYYY 0 1 7 4 0 0 0 0 2 1 4 2121 21 ?????????? ?? YYYY YYN OG ● 填料塔高度 Z=HOG NOG= 換熱器的選型 換熱器的選型方法：已知換熱器的熱負(fù)荷，通過公式 mtSKQ ???? 即可計(jì)算出傳熱面積 S，其中總傳熱系數(shù) K通過查相關(guān)文獻(xiàn)［ 15］可查得。 ⑴ 相關(guān)數(shù)據(jù)的確定 ● 總傳熱系數(shù) K 的選?。ㄒ姳?） 表 總傳熱系數(shù) K 值選 取 K 的選?。?w/（ m2℃）） 器后冷卻器 （ E0103） 熱流體 有機(jī)物 （μ＜ 103Pa s） 650 冷流體 水 器前換熱器 （ E0102） 熱流體 有機(jī)氣體 360 冷流體 有機(jī)氣體 CO2吸收塔冷凝器 （ E0104） 熱流體 有機(jī)溶劑蒸汽和水蒸汽 130 冷流體 水 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 ● 對(duì)數(shù)平均溫差Δ tm的計(jì)算 由表 15可查得各換熱器冷熱流體進(jìn)出口溫度，即可計(jì)算得Δ tm。 以器后冷卻器為例，則 453500453537ln 500537ln2211210103?????????tTtT TTt m=℃ 其他換熱器的Δ tm計(jì)算方法同上，得：Δ tm0102=℃ Δ tm0104=℃ ⑵ 換熱器的選型 為了提高所選換熱器的安全性能，將各換熱器的熱負(fù)荷圓整（原則：有效數(shù)字保留兩位，有效數(shù)字后見一則進(jìn)位）。 ● 器后冷卻器（ E0103）的選型（換算單位后取 Q0103 = 106J s） 由 mtSKQ ???? ，則有： 26 mtK QS m ??????? ● 器前換熱器（ E0102）的選型（換算單位后取 Q0102= 107J s） 同上， S=1021m2 ● 二氧化碳吸收塔頂冷卻器（ E0104）的選型（換算單位后取 Q0103 = 105J s） 同上， S= 綜上，已知各換熱器的傳熱面積，通過文獻(xiàn)［ 16］附錄查得固定管板式換熱器（ JB/T 471592） ,各換熱 器基本參數(shù)見表 。 表 各換熱器基本參數(shù) 器后冷卻器 （ E0103） 器前換熱器 （ E0102） CO2吸收塔冷凝器 （ E0104） 管徑（ mm） 25 19 19 公稱直徑（ mm） 700 1000 500 公稱壓力（ MPa） 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 管程 1 2 2 計(jì)算換熱面積（ m2） 換熱管長(zhǎng)度（ mm） 3000 9000 6000 ⑶ 換熱器的校核 針對(duì) 器后冷卻器（ E0103）進(jìn)行校核，管長(zhǎng) L=3000mm，管徑ф 25 2mm，管子數(shù)N=355,管程數(shù) Nt=1。 ● 管程給熱系數(shù)α i的核算 反應(yīng)器出口總物質(zhì)的量流量： h1 平均溫度 519K 下，μ m= 103Pa s Cp= （ mol1 K1） λ m= （ m1 K1） 管程流通面積： A=雷諾數(shù)： Re=481481＞ 100 湍流 普朗克常量： Pr=Cpμ m/λ m= ? ? 1 2 8 14 8 0 4 ?? ???????? Kmwdi ?? ● 殼程給熱系數(shù)α o的核算 平均溫度 453K 下，μ = 105Pa s Cp= （ kg1 K1） λ = 102w （ m1 K1） ρ = m3 μ w= 105Pa s 普朗克常量： Pr=Cpμ /λ = 管子正三角形排列，管間距 t=32mm， 25%圓缺形擋板。 mddtd e 3442 34 220202?? ???????? ?????????? ?? ???? 流通面積： A=BD(1d0/t)= （ 125/32） = 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 1 3 8 6 ?????? smAqu mc? 雷諾數(shù)： Re=930955＞ 100 湍流 ? ? 2 4 3 9 3 0 9 5 6 7 4 ?? ??????????????????? Kmwdw????? ?1200 0212439 72512481 11 1 ?? ???????????? KmwRRAAKiii ??計(jì) K 計(jì) /K 選 =(K 計(jì) /K 選 = 時(shí)，符合要求 ) 故，所選的換熱器滿足要求。 給出設(shè)備一覽表見表 。 表 設(shè)備一覽表 序號(hào) 設(shè)備 位號(hào) 設(shè)備 名稱 規(guī)格 直徑高度 序號(hào) 設(shè)備位號(hào) 設(shè)備 名稱 規(guī)格 直徑高度 1 R0101 反應(yīng)器 4200 6000 12 P0101A/B 熱油泵 2 E0101 熱油冷卻器 1600 6000 13 P0102 酸堿輸 送泵 3 E0102 加熱器 1000 9000 14 P0103A/B 碳酸鹽溶液泵 4 E0103 冷卻器 700 3000 15 T0101 EO 吸收塔 3000 15000 5 E