【正文】 上注明。故選用Q235A。2 裙座材料的選擇裙座不直接與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制。使用溫度為50℃，故筒體和封頭都選擇Q345R，Q345R鋼是屈服強(qiáng)度為340MPa級的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。如下表所得：表215 拉桿直徑表換熱管外徑d 拉桿直徑d10≤d≤141014〈d〈251225≤d≤57 16 其他附件等溫固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計計算結(jié)果：表216等溫固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計計算結(jié)果序號項(xiàng)目數(shù)據(jù)123456789101112 1314 1516列管式反應(yīng)器入口溫度列管式反應(yīng)器出口溫度反應(yīng)壓力原料甲醇的量原料丙烯的量原料水的量催化劑床層高度塔徑催化劑用量列管根數(shù) 列管規(guī)格 管子排列方式冷凝水冷凝水進(jìn)口管徑折流板間距折流板數(shù)50℃ 50℃914kmol/h15m34086kg3049根 Φ38三角形排列237600kg/h325mm600mm24 固定床反應(yīng)器R01001設(shè)備設(shè)計說明書在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：（mm）故可取h=175（mm）取折流板間距:（mm）折流板數(shù)：根據(jù)本換熱器殼體的內(nèi)徑，故按標(biāo)準(zhǔn)取拉桿直徑為，拉桿數(shù)量28根。表214冷凝水的物性數(shù)據(jù)名稱平均分子量密度比熱容導(dǎo)熱系數(shù)冷凝水18由得，冷凝水用量：安裝折流擋板的目的是為了提高管外對流傳熱系數(shù)，為取得良好效果，固定反應(yīng)管。對該反應(yīng)器：，因此，所設(shè)計的反應(yīng)器符合實(shí)際情況。 解方程得：n=3409(根） 列管式固定床反應(yīng)器殼體內(nèi)徑的確定由公式：式中：D—?dú)んw內(nèi)徑 ，mmt—管中心距 ，mm—橫過管束中心線的管束 b39。故反應(yīng)所需的體積: 列管根數(shù)的確定由催化劑所算得反應(yīng)器體積太小，反應(yīng)物流量過大。f的角標(biāo)代表選取數(shù)據(jù)點(diǎn)的編號，且點(diǎn)與點(diǎn)之間等間距。 催化劑容積的計算 催化劑用量的計算合成環(huán)氧丙烷的反應(yīng)是一個氣固相催化反應(yīng)，催化劑的用量需要根據(jù)反應(yīng)工程上通過單位催化劑列物料衡算的動力學(xué)方程才能得出?？偟臒崃亢馑闶綖椋?。反應(yīng)液體于，常壓下進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑作用下進(jìn)行恒溫反應(yīng)。則每小時一個反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)級別的環(huán)氧丙烷的質(zhì)量：其物質(zhì)的量為：并以其為基準(zhǔn)。化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)： 平行反應(yīng)：表28 反應(yīng)中涉及到的物質(zhì)的相對分子質(zhì)量CH3OHH2O2C3H6C3H8 H2OC3H6O3234424418583 物料衡算過程催化合成甲醛過程是一個連續(xù)流動反應(yīng)，在定態(tài)下，其物料衡算基本公式：。 催化反應(yīng)過程的物料衡算計算用原始數(shù)據(jù)此處所選的8原始數(shù)據(jù)均為年產(chǎn)30萬噸環(huán)氧丙烷的中間試驗(yàn)數(shù)據(jù)。:料液泵設(shè)計計算：流程計算及選型。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，填料質(zhì)量的計算，動力學(xué)方程的確定等。設(shè)計要求： 工藝條件：1條 工藝路線由第一工段兩個并聯(lián)反應(yīng)器，第二工段一反應(yīng)器完成年產(chǎn)15萬噸環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)任務(wù)，兩條工藝路線完成年產(chǎn)30萬噸的生產(chǎn)任務(wù)。 原料、輔助原料、產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格表23主要工藝物料消耗與規(guī)格名稱規(guī)格用量丙烯工業(yè)級23萬t/a雙氧水工業(yè)級18萬t/a甲醇工業(yè)級640t/a氫氣純氫氣 原輔料規(guī)格及消耗配比表24原輔料規(guī)格及消耗配比名稱原輔料規(guī)格配比原料雙氧水工業(yè)級原料丙烯工業(yè)級原料丙烷工業(yè)級原料甲醇工業(yè)級 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)25產(chǎn)品規(guī)格等級 項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%環(huán)氧乙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%（根據(jù)GB144912001）產(chǎn)品外觀要求： 透明液體，無可見機(jī)械雜質(zhì)工業(yè)用環(huán)氧丙烷應(yīng)按GB144912001符合表26規(guī)格要求表26產(chǎn)品技術(shù)要求項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格色度（鉑鈷色號）/號 ≤51020酸度質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以乙酸計算） ≤環(huán)氧丙烷主要用與聚醚多元醇的生產(chǎn)和丙二醇和一些非離子表面活性劑這些靖西化工產(chǎn)品，所以對于環(huán)氧丙烷的規(guī)格要求就要嚴(yán)格的多，我們在項(xiàng)目生產(chǎn)中會嚴(yán)格把持產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。過氧化氫氧化法(HPPO法）1）工藝流程簡單；2）產(chǎn)品收率高，無副產(chǎn)品；3）無污染，屬清潔工藝。與共氧法相比:2）無副產(chǎn)品(使用異丙苯替代了乙苯，異丙苯循環(huán)使用）；3）不聯(lián)產(chǎn)苯乙烯，無需輔加設(shè)備；4）裝置投資少(比共氧化法低1/3）。1）原料品種多；工藝流程長：3）丙烯純度要求高；4）工藝操作壓力高；5）設(shè)備造價高(設(shè)備材質(zhì)多采用合金鋼）；6）聯(lián)產(chǎn)2.~，受市場因素制約；7）廢水含COD高。1）水耗大2）產(chǎn)生大量廢水及廢渣(每生產(chǎn)1t環(huán)氧丙烷產(chǎn)生40~ ）；3））消耗大量氯氣和石灰原料，污染環(huán)境；4）產(chǎn)生的次氯酸對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重。 氯醇法、共氧化法、異丙苯法、過氧化氫法技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比氯醇法、共氧化法、異丙苯法、過氧化氫法技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比見表22。目前國外環(huán)氧丙烷生產(chǎn)技術(shù)主要有：氯醇法，乙苯共氧化法(PO/SM法），異丁烷共氧化法(PO/TAB法），異丙苯氧化法(CHP法），過氧化氫直接氧化法(HPPO法），氧氣直接氧化法。主要用于聚醚多元醇、非離子表面活性劑、碳酸丙烯酯和丙二醇的生產(chǎn)。化學(xué)性質(zhì)活潑，其蒸氣在空氣中能自燃或爆炸。分子式：C3H6O，分子量：；；℃；；；閃點(diǎn)37℃。 綜上所述，通過固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的全面比較，結(jié)合我隊(duì)的設(shè)計要求，我們選擇了固定床管板式反應(yīng)器作為我們的環(huán)氧丙烷環(huán)氧化反應(yīng)器。綜上所述，流化床反應(yīng)器比較適用于下述過程：熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱過程；要求有均一的催化劑溫度和需要精確控制溫度的反應(yīng)；催化劑壽命比較短，操作較短時間就需更換（或活化）的反應(yīng)；有爆炸危險的反應(yīng)，某些能夠比較安全地在高濃度下操作的氧化反應(yīng)，可以提高生產(chǎn)能力，減少分離和精制的負(fù)擔(dān)。雖然流化床反應(yīng)器存在著上述缺點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)是主要的。 催化劑顆粒間相互劇烈碰撞，造成催化劑的損失和除塵的困難。加之氣體可能成大氣泡狀態(tài)通過床層，使氣固接觸不良，使反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。所以流態(tài)化技術(shù)的操作彈性范圍寬，單位設(shè)備生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價低，符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。 流體與顆粒之間傳熱、傳質(zhì)速率也較其它接觸方式為高。這使得一些反應(yīng)—再生、吸熱—放熱、正反應(yīng)—逆反應(yīng)等反應(yīng)耦合過程和反應(yīng)—分離耦合過程得以實(shí)現(xiàn)。這是許多工藝過程的反應(yīng)裝置選擇流化床的重要原因之一。流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)流化床內(nèi)的固體粒子像流體一樣運(yùn)動，由于流態(tài)化的特殊運(yùn)動形式，使這種反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)： 由于可采用細(xì)粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達(dá)3280~16400m2/m3），有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率?；瘜W(xué)工業(yè)廣泛使用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行固體的物理加工、顆粒輸送、催化和非催化化學(xué)加工。流化床反應(yīng)器是利用固體流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行氣固相反應(yīng)的裝置。流化床：流化床反應(yīng)器是工業(yè)上應(yīng)用較廣泛的一類反應(yīng)器，適用于催化或非催化的氣—固、液—固和氣—液—固反應(yīng)系統(tǒng)。絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點(diǎn)：床層直徑遠(yuǎn)大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過100；與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。例如石油煉制工業(yè)中的裂化、重整、異構(gòu)化、加氫精制等；無機(jī)化學(xué)工業(yè)中的合成氨、硫酸、天然氣轉(zhuǎn)化等；有機(jī)化學(xué)工業(yè)中的乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脫氧制苯乙烯、苯加氫制環(huán)己烷等。固定床反應(yīng)器雖有缺點(diǎn)，但可在結(jié)構(gòu)和操作方面做出改進(jìn)，且其優(yōu)點(diǎn)是主要的。 不能使用細(xì)粒催化劑，否則流體阻力增大，破壞了正常操作，所以催化劑的活性內(nèi)表面得不到充分利用。如設(shè)計或操作不當(dāng)，則在強(qiáng)放熱反應(yīng)時，床內(nèi)熱點(diǎn)溫度會超過工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn)“飛溫”。對于放熱反應(yīng)，在換熱式反應(yīng)器的入口處，因?yàn)榉磻?yīng)物濃度較高，反應(yīng)速度較快，放出的熱量往往來不及移走，而使物料溫度升高，這又促使反應(yīng)以更快的速度進(jìn)行，放出更多的熱量，物料溫度繼續(xù)升高，直到反應(yīng)物濃度降低，反應(yīng)速度減慢，傳熱速度超過了反應(yīng)速度時，溫度才逐漸下降。適宜于高溫高壓條件下操作。氣體停留時間可以嚴(yán)格控制，溫度分布可以調(diào)節(jié)，因而有利于提高化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。進(jìn)料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)；物料返混大，粒子磨損嚴(yán)重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜；操作要求高等應(yīng)用主要用于氣固相催化反應(yīng)應(yīng)用廣泛，催化或非催化的氣—固、液—固和氣—液—固反應(yīng)固定床： 凡是流體通過不動的固體物料形成的床層面進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應(yīng)物料，通過由固體催化劑所構(gòu)成的床層進(jìn)行反應(yīng)的氣固相催化反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。降低產(chǎn)品成本，在設(shè)計此塔時，考慮到應(yīng)滿足以下基本要求：（1）在給定的反應(yīng)條件下達(dá)最大的轉(zhuǎn)化率；（2）發(fā)電成本可容許上浮≤30%；（3）原料與催化劑充分接觸，實(shí)現(xiàn)更快的反應(yīng)速率；（4）生產(chǎn)能力大，即原料處理能力大；（5）操作穩(wěn)定，操作彈性大；（6）流體流動阻力小，流體通過塔設(shè)備的壓降大；（7）耐腐蝕性、表面潤濕性能好；（8）結(jié)構(gòu)簡單可靠，材料耗用量少，制造安裝容易，以降低設(shè)備投資，同時盡可能降低操作費(fèi)用； 反應(yīng)器的選型固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的比較是個復(fù)雜的問題，涉及的因素很多，難以用比較簡便的方法明確地作對比。 設(shè)計要求環(huán)氧丙烷環(huán)氧化是生成環(huán)氧丙烷產(chǎn)品最重要的環(huán)節(jié)，直接決定了環(huán)氧丙烷的產(chǎn)量。設(shè)計主要包括工藝參數(shù)設(shè)計、基本參數(shù)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計?；谶@些數(shù)據(jù)，在滿足工藝要求的條件下，充分考慮到設(shè)備的固定投資費(fèi)用及操作費(fèi)用，我們進(jìn)行了塔設(shè)備的選型、設(shè)計和校核等工作。熱量衡算任務(wù)在進(jìn)行環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置的熱量衡算中，主要通過定量計算完成下述基本任務(wù)：（1）確定工藝單元中物料輸送機(jī)械（如泵）所需要的功率，以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計和選型；（2）確定吸收、反應(yīng)單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計算換熱設(shè)備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續(xù)設(shè)計中比如供汽、供冷、供水等專業(yè)提供設(shè)備條件；（3）提高熱量內(nèi)部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗；最終計算出總需求能量和能量的費(fèi)用，并由此確定工藝過程在經(jīng)濟(jì)上的可行性。 在進(jìn)行全廠熱量衡算時，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來的熱量變化。 ∑Hout——離開設(shè)備的各物料焓之和。對于連續(xù)系統(tǒng)： Q+W=∑Hout∑Hin 其中Q——設(shè)備的熱負(fù)荷。熱量衡算原則工程依據(jù)化工設(shè)計中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書的編制。再根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備。概述擬建一年30萬噸環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置，在全工藝段中伴隨著物料從一個體系或單元進(jìn)入另一個體系或單元，在發(fā)生質(zhì)量傳遞的同時也伴隨著能量的消耗、釋放和轉(zhuǎn)化。雙氧水分解器R03001器Aspend模擬示意圖：圖15 雙氧水分解器R03001器Aspend模擬圖表17 甲醇回收精餾塔物料衡算 C3BOTR4OUTWTemperature C Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Substream: MIXED Mole Flow kmol/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mole Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Flow kg/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Total Flow kmol/hr Total Flow kg/hr