【正文】 hp=+= m 則單板壓降:　　 2）降液管液泛校核 為了防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管內(nèi)清液層高度Hd≤φ(HT+Hw)?！辶黧w力學(xué)驗(yàn)算1）塔板壓降利用下式計(jì)算： （1）干板阻力 因閥孔氣速uo大于其臨界閥孔氣速uoc，故干板阻力計(jì)算式為 （2）板上充氣液層阻力本設(shè)備分離烴化液，液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)ε0= ?，F(xiàn)按t=75 mm,t′=80 mm的等腰三角形叉排方式畫出浮閥排列圖(附后）圖311，可排出閥孔數(shù)2406個(gè)，重新核算以下參數(shù)： 閥孔氣速：動(dòng)能因數(shù): 動(dòng)能因數(shù)在9～12之間，合適。取同一橫排的空心距t=75 mm，則等腰三角形的高度： 估算排間距: 由于塔直徑D=3800 mm，需采用分塊式塔板四塊?！￠y數(shù)及排列方式1) 浮閥數(shù)初取閥孔動(dòng)能因數(shù)F0 = 9，閥孔氣速為：每層塔板上浮閥個(gè)數(shù) ：2）浮閥的排列 按所設(shè)定的尺寸畫出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式進(jìn)行試排，確定出實(shí)際的閥孔數(shù)。1）降液管尺寸 取溢流堰長(zhǎng)lw=，即lw/D=，由弓形降液管的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得：Af/AT=,Wd/D= 因此：弓形降液管所占面積:Af== m2 弓形降液管寬度:Wd== m2 驗(yàn)算液體在降液管的停留時(shí)間θ： 由于停留時(shí)間θ＞5 s，合適。由所給出的工藝條件校正得：最大允許氣速： ，則適宜空塔速度為： = 由下式計(jì)算塔徑：按標(biāo)準(zhǔn)塔徑尺寸圓整，取D = 3800 mm； 實(shí)際塔截面積：實(shí)際空塔速度： 安全系數(shù)： ,～，合適?！?u＝（～）umax  式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，液氣動(dòng)能參數(shù)為：取板間距HT = m，板上液層高度hL = m，圖中的參變量值HThL= = m。圖39 負(fù)荷性能圖 MMA精餾塔設(shè)計(jì)由Aspen得到的全塔平均水力學(xué)數(shù)據(jù)如表313。CupTower計(jì)算出脫水塔的塔板工藝參數(shù)結(jié)果如圖38。StageVolume flow liquid fromVolume flow vapor toDensity liquid fromDensity vapor toViscosity liquid fromViscosity vapor toSurface tension liquid fromcum/hrcum/hrkg/cumkg/cumcPcPdyne/cm平均表312 吸收塔水力學(xué)數(shù)據(jù)將水力學(xué)數(shù)據(jù)輸入到cupTower中，如圖36所示。 吸收塔選擇浮閥塔，單溢流進(jìn)行選型。在吸收塔的上部引入來(lái)自MMA合成反應(yīng)工段的MAL 和甲醇的混合液體，來(lái)自脫水塔的混合氣體與來(lái)自MMA 合成反應(yīng)工段的混合液體逆向接觸，使得MAL和甲醇液化為液體，同時(shí)使得重組分中MAL和甲醇的含量增高，以提高最終產(chǎn)品的產(chǎn)量。圖34 塔板工藝參數(shù)塔板負(fù)荷性能圖如圖35。CupTower計(jì)算出脫水塔的塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果如圖33。Aspen plus得出水力學(xué)數(shù)據(jù)如表311所示。在脫水塔的上部引入了來(lái)自MMA合成反應(yīng)工段的MAL和甲醇的混合液體，來(lái)自急冷塔的MAL、水蒸氣、空氣混合物與MAL和甲醇的混合液體在塔內(nèi)逆向接觸，這樣使得輕組分中MAL的含量增高，以使得產(chǎn)品產(chǎn)量增高，同時(shí)使得水等重組分從塔底排出，空氣、MAL、甲醇?xì)怏w從塔頂排出。塔體質(zhì)量m1=Vρ= kg封頭質(zhì)量封頭取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，內(nèi)徑DN=4000 mm，厚度δ=10 mm，曲面高h(yuǎn)i=1000 mm，封頭直邊高h(yuǎn)=50 mm，材質(zhì)選用16MnR。塔內(nèi)徑Di=4000 mm。換熱管的總長(zhǎng)度為=1973 m，圓整為2000 m。oC)，計(jì)算得到傳熱面積為S= m2。表310 急冷噴淋塔的用水操作參數(shù)數(shù)據(jù)表來(lái)源用水途徑數(shù)值m3/h用水量（kg※噴淋水用量情況冷卻水采用循環(huán)方式，考慮到防止設(shè)備因結(jié)垢導(dǎo)致堵塞，影響傳熱效果，筒體和夾套的用水為工藝軟水，與高溫氣體間接換熱；而其中有一部分水為直接進(jìn)行噴淋降溫除雜，這部分水分為兩個(gè)進(jìn)水，其中一個(gè)為來(lái)自循環(huán)工藝水在塔頂進(jìn)行噴冷，還有一個(gè)來(lái)自脫水塔底部的水在在塔的中上段進(jìn)行噴淋降溫。夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系由查找化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)如表39所示。h1,取裝載系數(shù)為ε=，則得到塔設(shè)備的容積為V=895 m3；根據(jù)空塔氣188。筒體質(zhì)量m1=VRρi=9850 kg封頭質(zhì)量 = kg主體質(zhì)量m=m1+2m2= kg，則反應(yīng)器總質(zhì)量m總= kg 塔設(shè)備的選型與設(shè)計(jì) 急冷噴淋塔簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)計(jì)算※主體尺寸的計(jì)算根據(jù)本工藝的操作特點(diǎn)，考慮到容器直徑較大，氣體介質(zhì)溫度較高及壓力較低，常采用整體夾套的分段式夾套形式，這樣不僅能提高傳熱介質(zhì)的流速，改善傳熱效果，而且還能提高筒體受外壓的穩(wěn)定性和剛度。壁厚即為反應(yīng)器壁厚10 mm，直邊高度為50 mm。封頭設(shè)計(jì)本反應(yīng)器選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，取其形狀系數(shù)K=1，則D/2hi=2。因此漿態(tài)床床徑為 D= m，反應(yīng)器外徑為 D=5 m※反應(yīng)器質(zhì)量選材16MnR，其密度約為7850 kg/m3。k1最終可得到： E a = KJ / mol ， k 0 = 反應(yīng)速率方程為：(2)床徑的確定床徑可按氣體處理量和操作速度由流量方程計(jì)算求得： 即 式中 V 為原料氣中的體積流量，m3/h帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可求得：在化工生產(chǎn)中，處特殊要求外，一般均采用圓形截面床體。mol1R ：摩爾氣體常數(shù)，Jh1K：反應(yīng)速率常數(shù)A：MAL 的反應(yīng)級(jí)數(shù)b : MeOH 的反應(yīng)級(jí)數(shù)C : O2 的反應(yīng)級(jí)數(shù)由于該反應(yīng)在恒溫、恒壓、氧氣流速不變的條件下進(jìn)行的，并且O2在反應(yīng)液中連續(xù)供應(yīng)，可以認(rèn)為在反應(yīng)過(guò)程中[O]近似為一常數(shù)。表37 反應(yīng)器進(jìn)口物料組成空氣進(jìn)料甲醇進(jìn)料MAL進(jìn)料質(zhì)量流量（kg/h)697127451摩爾流量（kmol/h）17272174107反應(yīng)條件T=70 oCP= MPa根據(jù) Aspen plus 模擬結(jié)果可知反應(yīng)器出口物料組成如表38所示表38 出口物料組成物質(zhì)質(zhì)量流量（kg/h）摩爾流量（kmol/h）MMAMALH2O2567甲醇空氣(2)操作條件反應(yīng)溫度為： 70 oC 醇醛質(zhì)量比為： 10：1壓力為 ： MPa※反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程：甲基丙烯醛氧化酯化制備甲基丙烯酸甲酷的反應(yīng)方程式如下 :由此可知，MAL氧化酯化制備MMA的本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可用指數(shù)形式表達(dá)如下:式中 ：r ：反應(yīng)速率，mol板厚10 mm。(3)折流板型式由于反應(yīng)器中間不排管，選用環(huán)盤型折流板。取液態(tài)水的進(jìn)口流速為1m/s，進(jìn) 口 管 口 直 徑 為100 mm。(2)換熱介質(zhì)冷卻水：101 KPa 10 oC液態(tài)水 Cp = KJ/(kg※反應(yīng)器質(zhì)量選擇16MnR為材質(zhì)，其密度約為7850 kg/m3。反應(yīng)器壁厚的計(jì)算:δ ：圓筒的計(jì)算，mmP ：圓筒計(jì)算壓力，MPaD ：圓筒的內(nèi)徑，mm[σ ]′：鋼板在該溫度下的許用應(yīng)力，MPaφ ：焊接接頭系代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：圓整后取壁厚20 mm。 kJ/mol，最終得到該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為：2)物料衡算式 FA0 ：任意位置上物質(zhì)的摩爾流量， kmol/hdxA ：物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率ρB ：催化劑的床層堆積密度， g/mlDr ：反應(yīng)器直徑，m其中反應(yīng)器直徑計(jì)算用公式計(jì)算得:代入數(shù)據(jù)積分得:取反應(yīng)管長(zhǎng)為8m。h）表33 反應(yīng)器進(jìn)口物料組成反應(yīng)器進(jìn)口Kmol/hKg/h%(mol)異丁烯6水9氧氣12氮?dú)鈿錃?0總量100表34 反應(yīng)器物料出口組成反應(yīng)器出口Kmol/hKg/h%(mol)甲基丙烯醛異丁烯水氧氣氮?dú)鈿錃?0一氧化碳二氧化碳對(duì)苯二甲酸乙酸續(xù)表34反應(yīng)器出口Kmol/hKg/h%(mol)丙醛總量100表35 相對(duì)分子質(zhì)量 M異丁烯甲基丙烯醛水氧氣氮?dú)?670183228一氧化碳二氧化碳乙酸丙醛對(duì)苯二甲酸28446058166進(jìn)料混合平均相對(duì)分子質(zhì)量： 出口混合平均相對(duì)分子質(zhì)量： 表36 密度名稱密度ρ(kg/m3)臨界溫度Tc（k）臨界壓力（MPa）臨界壓縮因子Zc甲基丙烯醛566續(xù)表36名稱密度ρ(kg/m3)臨界溫度Tc（k）臨界壓力（MPa）臨界壓縮因子Zc異丁烯水440氮?dú)鈿錃?11一氧化碳530二氧化碳對(duì)苯二甲酸乙酸乙醛氧氣混合物密度： （3）反應(yīng)器的數(shù)學(xué)計(jì)算此反應(yīng)選用固定床列管式反應(yīng)器，反應(yīng)物、產(chǎn)物均為氣體，催化劑為固體，此模型為擬均相模型。選擇氧化合成甲基丙烯醛的主要工藝條件為：反應(yīng)溫度：350℃反應(yīng)壓力：常壓空間速度：12001800h1原料氣組成比例：異丁烯：水：氧氣：氮?dú)?1::2:12（摩爾比）※反應(yīng)器計(jì)算（1）設(shè)計(jì)選材考慮到使用溫度、耐酸、許用壓力、價(jià)格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設(shè)計(jì)中選取16MnR。圖23 MMA合成工段模擬流程圖3 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) MAL合成反應(yīng)器(R101)的設(shè)計(jì)表31 催化劑物性參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值顆粒密度Dp= mm比表面Sp=堆積密度Ρb=孔體積Vv=視密度Ρb=空隙率167。圖22 MAL合成工段模擬流程圖 MMA合成工段的模擬MMA合成工段工段主要包括MAL合成反應(yīng)器、精餾塔、相分離儲(chǔ)罐、膜分離等主體設(shè)備。 MAL合成工段的模擬 MAL合成工段工段主要包括MAL反應(yīng)器、噴淋塔、脫水塔、吸收塔等主體設(shè)備。塔底得到的MMA和水經(jīng)換熱冷卻后通過(guò)靜置相分后，下面的水經(jīng)處理后循環(huán)返回至精餾塔中，上面的甲基丙烯酸甲酯經(jīng)高壓泵送至膜分離裝置，脫除水分后，得到產(chǎn)物MMA，其純度達(dá)到聚合級(jí)要求。吸收塔塔底為含有甲醇的MAL溶液經(jīng)泵輸送至MMA合成反應(yīng)器中，在催化劑和空氣作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)生成MMA和少量的氣體雜質(zhì)，其中氣體雜質(zhì)同未反應(yīng)的空氣送至火炬系統(tǒng)中。異丁烯與外加N2,O2 及低壓水蒸氣混合后加熱送至MAL合成反應(yīng)器中，異丁烯被催化氧化合成MAL。2 工藝流程簡(jiǎn)介及模擬 流程概述圖21 總流程簡(jiǎn)圖物料流程圖(PFD)附后。MMA 的合成工藝采用異丁烯氧化酯化法合成工藝，該工藝方法具有工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度和收率高，甲醇回收利用率高，副產(chǎn)物少，不造成環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。最后制作標(biāo)題欄，注寫圖名、圖號(hào)、比例、設(shè)計(jì)階段等．可使用模板圖。（5）說(shuō)明與附注是對(duì)設(shè)備安崧布置有特辣要求的說(shuō)明。（3）繪制剖視圖=繪制步驟與平面圖大致相同，逐個(gè)畫出剖視圖。通常采用1：50和1：100。設(shè)置布置圖是按正投影原理繪制的，圖樣一般包括如下幾方面內(nèi)容：（1）考慮設(shè)備布置圖的視配置，采用一組視圖表示廠房建筑的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)備珀廠房?jī)?nèi)外的布置情況。Aspen Plus可以在流程模擬工藝計(jì)算之后直接無(wú)縫集成，轉(zhuǎn)入設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊自己選中的泵型號(hào)，可顯示該泵的特性工作曲線、安裝尺寸圖、技術(shù)參數(shù)和外形圖等信息。泵選擇窗體中有泵類型和技術(shù)參數(shù)兩大區(qū)域，使用者首先要根據(jù)自己的需要用鼠標(biāo)選中一種或幾種泵類型；然后在技術(shù)參數(shù)區(qū)域中輸入所需泵的流量(單位：L/s)和揚(yáng)程(單位：m)，輸入一個(gè)選泵精度值（范圍：50~100，默認(rèn)值90，數(shù)值越大精度越高），并確定泵同時(shí)運(yùn)行的最多（范圍：2~9，默認(rèn)值5）臺(tái)數(shù)，