【正文】 總物料平衡結(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(jiǎn)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)。單擊“OK”。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。（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：。（3）選擇熱力學(xué)模型選SRK方程，點(diǎn)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。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： /??DMODMCMeeMe mmx 059. /??DMODMCMeDMC mmx 則 xDMO==，混合物的平均相對(duì)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=。 塔徑在1m以上的開兩個(gè)D=450mm的人孔。 N2:則混合氣體密度ρ=∑ni*ρi =*+*+*+*=????/??3故： =??0F0*??甲醇??%??? =??=??3/?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??????=??3?=??3??40m/s 并聯(lián)總管的直徑為：??0=440=154????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：??=4=42????(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(duì)于液體出口，液體流量為 ????????=?????????查得草酸二甲酯的密度為:????????==??3?=??3??選液體傳送速度為10m/s,則出口管直徑為： ??=410=??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： ??=4=???? 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。 CO：。(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(duì)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???1 ??=??1+??2=????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[????]=375??????????TiD+=???（ ） ?s?MPa故筒體厚度滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。 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(duì)黏度， pa s?a、b——系數(shù)，采用Ergun 提出的數(shù)值，a＝，b＝150。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。 )~( 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。(5)、管數(shù) n，取 1359。[I,n]=quad(fx,0,)所得結(jié)果即為：??=????0∫??????0 ???????????=103??=????(3)、按百分之一負(fù)載量計(jì)算： ，即需催化劑質(zhì)量為人 ??總 =+=????已知催化劑堆密度=則：??催化 劑 = =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：??填 =+20= 3已知床層空隙率 ，則：????=?=??3(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。1./(.*10.^(7).*((.*(1x))./(1.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^+.*10.^(3).*(.*(1x)./(1.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^.*((.*x)./(.*x)).^)39。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：??=????0∫??????0 ???????????(1)、主副反應(yīng)的反應(yīng)物相同，故可以按選擇性作如下簡(jiǎn)化：2 CH3OH ++1/2 O2→( CH 3O) 2CO+( CH3COO) 2+ H2O????=?2?????????2????????=?2??1?2??2物料衡算如下：進(jìn)料 出料Kg/h Kmol/hN% /kpa????0Kg/h Kmol/hCH3OH CO O2 N2 CH3O) 2CO ????=????0?ν ??ν ??????0????1+????0δ ??????； ,則：δ ??=++1?2?? = ????0=??????總 =????=(1?????)1?????????=?????1?????????=?????1?????將各式代入 ????=?2?????????2????????=?2??1?2??2????=?2?????????2????????=?2[?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） +?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ]( CH3COO) 2 H2O =?2[?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） +?（ (1?????)1?????10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ?（ ?????1????? 10?3） ]=?10?7?（ (1?????)1?????） ?（ ?????1????? ） ?（?????1????? ） ?10?3?（ (1?????)1?????） ?（ ?????1????? ） ?（ ?????1????? ） (2)、上式例用 matlab 軟件進(jìn)行積分，如圖(1)、圖(2)所示。K)求反應(yīng)條件下的吉布斯自由能： S3【398K,2MPa ；2CO （g）+ 2（g）+2CH 3OH（g） 】→S4【398K,2MPa ；DMO（g）+H 2O （g） 】△ rG=△ rG34=△H 34T△S 34 =+398 = KJ/mol求此反應(yīng)的反應(yīng)平衡常數(shù)△ rG34=RTlnk∴k=1032計(jì)算 125℃，2MPa 下反應(yīng) CO（g）+ 2（g）+2CH 3OH（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(jì)算 125℃，2MPa 下反應(yīng) 2CO（g）+ 2（g）+2CH 3OH（g）→DMO（g）+H 2O（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）+ 2（g）+2CH3OH（g ）→DMC（g）+H2O（g） 主 2CO（g）+ 2（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(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 =γK)(5) 狀態(tài) S1 到狀態(tài) S6 的焓變和熵變△H 16=△ fHm,DMO+△ fHm,H2O 2△ fHm,△ fHm,O22△ fHm,meth =+2+0+2 = KJ/mol△S 16=△ fSm,DMO+△ fSm,H2O2△ fSm,△ fSm,O22△ fSm,meth=+= J/(molK)（3）狀態(tài) S4 到狀態(tài) S5 的焓變和熵變△H 45=0（氣體可看做理想氣體 ，溫度不變 ，焓值不變) △S 45=2Rln（P 1/P2）=2ln （） = J/(molK) =A+B(T/100)+C(T/100)2+D(T/100)4A B C D 設(shè)計(jì)反應(yīng)框圖如下：（g）（S 3） T2（125℃P 2(2MPa)2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 4） T2（125℃P 2(2MPa)DMO(g)+ H2O (g)（S 2） T2（125℃P1()2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 1） T1（25℃P 1()2CO（g）+ 2（g）+2CH3OH（g）（S 5） T2（125℃P1()DMO(g)+ H2O (g)（S 6） T1（25℃P 1()DMO(g)+ H2O (g)△H 12△S 12△H 23△S 23△H 34△S 34△H 45△S 45△H 56△S 56△H 16△S 16(1) 狀態(tài) S1 到狀態(tài) S2 的焓變和熵變△H 12=2∫ Cp，MC