【正文】 時間輸出反應器的量 =單位時間輸入反應器的量 +單位時間反應生成的量 = 2 =（ kmol 成分 C2H4 O2 CO2 Ar H2O N2 C2H4O 總量 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 8 表 反應器進出口物質的摩爾流量及組成 環(huán)氧乙烷吸收塔的物料衡算 出反應器的物流經換熱后進入環(huán)氧乙烷吸收塔，只有環(huán)氧乙烷被吸收，出分離罐頂部時，各物質的摩爾流量及百分含量見表 。由于 系統(tǒng)中要保持 Ar 恒定，所以設 Ar 為X 1??hkmol .則由馳放氣的組成知：（按進出反應器氧平衡計算并作圖 2） 42HC 的摩爾流量為： %% ??X 2O 的摩爾流量為： %% ??X 據(jù)圖 2進出環(huán)氧乙烷反應器的氧平衡列方程： 進口物質的量 （ 1??hkmol ） 反應器進口組成 （ mol%） 20 57 100 出口各物質的量（ 1??hkmol ） 反應器出口組成 （ mol%） 100 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 9 249X++= 解得： X= 得馳放氣的摩爾流量列表 。則： C2H4的摩爾流量： = h1 其他循環(huán)量計算同上，整理反應器循環(huán)氣量見表 ， 表 與原料氣混合的循環(huán)氣體量 ⑵ 物流點 6的各量計算 物流點 5 的組成 C2H4 O2 CO2 Ar N2 單位時間物質的量（ 1??hkmol ） 原料 10%= 18 249X 馳放氣 CO2 二氧化碳吸收塔、解吸塔 環(huán)氧乙烷 反應器 環(huán)氧乙烷吸收塔 分離罐 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 10 由于要保持系統(tǒng)平衡，在馳放多少氮氣就應該補充多少，即補充的致穩(wěn)劑的量為： 2CO 的脫除量即為出反應器的 2CO 的量的 10%與馳放氣中 2CO 的馳放量之和，即為： 10%+= 表 換熱器的氣體物流的溫度、流量及組成 物流 單位時間物流量 （ 1??hkmol ） 組成 總量 （ 1??hkmol ） 物流點 6 （新鮮進 料） 298K N2 C2H4 O2 物流點 5 （分離罐出的循環(huán)氣） 314K C2H4 O2 N2 Ar 物流點 4 （循環(huán)氣） 343K C2H4 O2 N2 CO2 Ar 混合后各物質的物流量 C2H4 O2 N2 CO2 Ar 進反應器器前換熱器的氣體物流的溫度的確定方法是：設其為絕熱過程，見圖 。 表 各股物流進出口溫度 換熱器 進口溫度（ K） 出口溫度（ K） 反應器后冷卻器 537 500 反應器前換 熱器 336 474 二氧化碳吸收塔頂冷卻器 380 314 根據(jù)熱量衡算結果匯總各設備進出口溫度，見表 . 表 各設備的進出口溫度 各裝置的熱負荷 進口溫度 (K) 出口溫度 (K) 反應器 474 537 器后換熱器 冷流體 453 453 熱流體 537 298 器前換熱器 冷流體 336 465 熱流體 500 375 EO 吸收塔 375 307 二氧化碳吸收塔 373 380 壓縮機 343 塔后換熱器 冷流體 298 303 熱流體 380 314 第 2 個分離 罐上 314 314 新鮮物料 298 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 13 ⑴ 反應器的熱負荷 13 4 1 5 3 5 1 )4 7 7 7(6 0 5 6 0 0 0 01 ???? ????? ?? hkJTCmQ Poi l ?反 ⑵ 反應器后冷卻器的熱負荷 ? ?15005373102321 1 8 8 4 1 5 111?????????????????? ?hkJTCNQ PE ? ⑶ 反應器前換熱器的熱負荷 ? ? 1474336 261 40 9 11 13 7 1 9 412 ?? ????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? ⑷ 二氧化碳吸收塔頂冷卻器的熱負荷 ? ? 1314380 265 160623913 ?? ?????????? ?? ? hkJTCNQ PE ? 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 14 4 主要設備的工藝計算及選型 4. 1 反應器的計算 反應過程選燕山石化生產的 7?YS 型氧化鋁載銀催化劑 ,7 孔環(huán)柱狀顆粒，外形尺寸 mm89?? ，中央孔直徑 ? ，孔邊直徑 ? ， 活性溫度范圍在 200℃以上。根據(jù)反應器的溫度控制范圍，選擇導熱油撤熱。基于此反應器的設計計算選擇一維平推流模型，即只考慮反應組分及反應器溫度和導熱油溫度隨床層高度的變化。 ? ?E D CK1 1PPKPK1PPkRED C , 1OH21OOCOCOOHC1122222242 ??????????? （ 41） ? ?E DCK1 1PPKPK1PPkRE D C ,2OH21OOCOCO222222242 ??????????? （ 42） R R2環(huán) 氧乙烷和二氧化碳的生成速率???????? ???????????? ???? TRg 10. 0 9 313 0 . 7 8e x pk TRg 101 7 x pk 5241? 為主副反應的速率常數(shù)???????? ???????????? ???? TRg 101 . 1 7 62 4 . 6 0e x pK TRg 105 . 3 7 41 2 . 4 5e x pK 5O4CO 22? 為二氧化碳和氧氣的吸附平衡常數(shù) 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 15 ? ?EDCK1 1ED C,1 ?? ? ?EDCK1 1ED C,2 ?? 分別為抑 制劑對主副反應速率的影響，在 EDC 的濃度為 ppm 級時，趨向于 1，本設計忽略該項。為了方便隨后的計算，首先對動力學方程進行變換，將動力學方程轉化為只含有乙烯和環(huán)氧乙烷的摩爾分數(shù)，即42HCy、 OHCy42的函數(shù)。 分別用 NT0和 NT表示初始狀態(tài)及某一瞬間氣體總的摩爾流量，則 由方程式（ 41）和（ 42）知：進行反應時體積將減少 ，而減少的 是由方程式 （ 41） 產生的，其變化量為總的摩爾的變化量即 TTOHCT NNyN ?? 0,，則OHCTT yNN , ??，則各物質的含量又是42HCy、 OHCy42的函數(shù)變換如下： OHCHCOHCHCOOTOHCTHCTHCTOHCTOTOOyyyyyyNyNyNyNyNNNNy424242422242424242222))(3()(0,0,0,0,0,???????????整理得： 5 3 3 42422 ???? OHCHCO yyy OHCHCCO yyy 42422 ???得：同上式計算方法，整理 OHCHCOH yyy42422 ??? 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 16 各物質氣體壓力是42HCy、 OHCy42的函數(shù)，整理得： )(42422 OHCHCCO yyPP ???? 0 . 5 3 2 ) 2 . 2 3 4 y3( 424222 CO OHHCO yPyPP ????? )( 42422 OHCHCOH yyPP ???? ⑵ 方程式的變換 將以上推導的物理量代入動力學方程式（ 41）、（ 42），即得以乙烯和環(huán)氧乙烷的摩爾百分含量42HCy、 OHCy42表達的動力學方程式。微元衡算示意圖見圖 。 h1） cA0 — 初始乙烯的濃度（單位： mol m3 RAAA dVrrdNNN 6 2 010)21()( 321 ?????? ? ABTATA yyNyNN ????? )( 0,? dLnDdV R ??? 24? 0,3221 620xx4)21()(:TBANnDrrydLdy ????????? ??即 ⑵ 反應器溫度 T 隨床層高度 L變化的微分方程 選長度為 dL的微元段反應器進行熱量衡算，微元衡算示意圖見圖 。 h1） Cpi— 某物質的比熱容（單位： J K1）） dATTKdVHRrdVHRrTdTTCTTCaRRPiPi?????????????????????????)(620)(21620)()(N)(N02211ii 基基 dLnDdA ???? ?? PiaCnDTTKDnHRrHRrdLdTi22211N)(6204)21(:?????????????????? ??即 ⑶ By 隨床層高度 L變化的微分方程 同①中選長度為 dL 的微元段反應器進行物料衡算，關鍵反應物環(huán)氧乙烷為衡算對象。導熱油進入反應器后的溫度 Ta隨床層高度 L 變化的模型如圖 。所以確定相應的參數(shù)是一個必不可少的環(huán)節(jié)。 表 設計參數(shù)總表 反應器的列管數(shù) 8000 反應器的列管直徑 (mm) 25? 反應器總壓 (MPa ) 反應器的進口溫度（ K） 474 熱油的進口溫度（ K） 474 熱油的流量（ 13 ??hkg ） 3560000 熱油的熱容（ 11 ?? ?? ℃kgkJ ） 熱油的密度（ 3??mkg ） 931 ⑴ 反應器的總傳熱系數(shù)的確定 導熱油 反應物 Ta Ta+dTa 河北工業(yè)大學城市學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計論文 19 反應器的總傳熱系數(shù)的確定：根據(jù)燕山石化年產 8萬噸環(huán)氧乙烷的實際工藝設計方案及參數(shù)，反算反應器的總傳熱系數(shù) K。 表 反應器的總傳熱系數(shù)的確定的已知數(shù)據(jù) 反應器的列管數(shù) 13500 反應器的列管長度（ m） 反應器的實際傳熱溫度（℃） 280266 熱油的進出口溫度（℃） 254259 熱油的流量（ 13 ??hm ） 5100 熱油的密度（ kg 表 物質熱容系數(shù) a b c C2H4 O2 CO2 Ar N2 H2O 查找部分物質的熱容關聯(lián)式 32 dTcTbTaCp ???? ( 11 ?? ?? Km olCal )，其對應的系數(shù)列表 。 表