【正文】 7 二氧碳 CO2 8 環(huán)氧烷 C2H4O 9 乙醛 CH3CHO 10 水 H2O 100 11 乙二醇 C2H6O2 167。 3. 3 循 環(huán) 系 統(tǒng) 的 物 料 衡 算 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 167。 3 . 3 . 2 混 合 器 （ 1）循環(huán)氣體的溫度： ℃ 壓力 混合氣出料溫度： ℃壓力 進(jìn)料氣體被 EO 反應(yīng)產(chǎn)品氣體從 78℃加熱到 152℃， 而產(chǎn)品氣體從 202℃被冷卻到 138℃。CO? 。39。3 COCOCO yRyFyMF ?????。CO? ) 即： MF yCO2=F3 ％ +[MF yCO2 +MF 30 ％ 2]() () () 解得：2COy= 5）設(shè)：新鮮乙烯原料量為 F2；乙烷的吸收率為62HC?，針對混合器列乙烷的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的乙烷的量 =新鮮乙烯原料中的乙烷的量 +循環(huán)氣中的乙烷的量： 626262 39。39。39。39。39。39。1 ????? 循環(huán)氣中的氬氣的量 = )0 0 1 ()1( ????? ArAryMF ? 即： )0 0 1 ()0 0 0 0 (% 4 1 ????????? ArAr yMFyMF 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 解得： Ary = 8） 設(shè)：水的吸收率為 OH2?； 循環(huán)氣中水的摩爾分率為 OHy239。? = )0 0 1 ()1(]21 9 [ 2422 ?????????? OHHCOH yMFyMF ? 反應(yīng)器中水的摩爾分率： OHy2 =1 4CHy 42HCy 2Oy 2COy 62HCy 2Ny Ary EOy == 又有： F1+F2+F3+R=MF， 即 R=MF F1F2F3 得： R==即： ?? OHyR 239。 = 計算結(jié)果見表 32 表 混合器物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 原料氧氣 原料乙烯 原料甲烷 循環(huán)氣 溫度℃ 40 30 10 79 76 壓力 MPa 序 號 組分 分子量 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 % 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 % 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 H2O 小計 F1= F2= F3= R= 合計 輸入物料總量 MF= 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 167。 （ 2）計算過程（ y 表示 MF 中各個組分的摩爾分率） 1）反應(yīng)器出口的乙烯的量 = 乙烯的單程轉(zhuǎn)化率）??? 1(42 HCyMF = (110％ ) = kmol/h 2) 反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷 = 環(huán)氧乙烷的選擇性乙烯的單程轉(zhuǎn)化率 ???42 HCyMF = 10％ 80％ = kmol/h 3）反應(yīng)器出口二氧化碳 =MF yC2H4乙烯的單程轉(zhuǎn)化率二氧化碳的選擇性 2+MF yCO2 = 10％ 20％ 2+ ％ = kmol/h 4）反應(yīng)器出口水量（反應(yīng)中每生成一摩爾的二氧化碳同時生成一摩爾的水）所以： 反應(yīng)器出口 = 2422 ?????? 二氧化碳選擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCOH yMFyMF = + 10％ 20％ 2 = kmol/h 5）反應(yīng)器出口氧氣量（混合器中氧氣量 生成環(huán)氧乙烷消耗的氧氣量 生成乙醛消耗氧氣量 生成二氧化碳消耗的水量） 即：反應(yīng)器出口水量 ??????? 環(huán)氧乙烷選擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCO yMFyMF － 342 ???? 二氧化碳擇性乙烯單程轉(zhuǎn)化率HCyMF = － 10％ 80％ － 10％ 20％ 3 = kmol/h 6）反應(yīng) 器出口氮?dú)?，氬氣，甲烷，乙烷的? 因?yàn)樵诜磻?yīng)器中這些物料沒有發(fā)生變化，所以其量等于進(jìn)口的量 即：氮?dú)?= kmol/h 氬氣 = kmol/h 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 甲烷 = kmol/h 乙烷 = kmol/h 計算結(jié)果見表 。 3 . 3 . 4 環(huán) 氧 乙 烷 吸 收 塔 （ 1）該塔用純水作為吸收劑，吸收塔的溫度為 47℃，壓力為 。 3 . 3 . 5 C O 2 的 吸 收 系 統(tǒng) （ 1） CO2 的吸收解吸過程為化學(xué)吸收，為使吸收快速進(jìn)行，將原料氣在進(jìn)行預(yù)加熱。 （ 2）二氧化碳的吸收率 = （ 3）計算過程 1）被吸收的物料的量 =進(jìn)料量 ? 吸收率 二氧化碳的吸收量 =二氧化碳的進(jìn)料量 ? 二氧化碳的吸收率 ? = kmol/h 注：其他組分沒有被吸收 2)二氧化碳吸收系統(tǒng)中循環(huán)物料量 =進(jìn)料量 被吸收的量 循環(huán)物料中二氧化碳的量 == kmol/h 注：由于其他組分未被吸收，所以循環(huán)物料中其他組分的量等于其進(jìn)料量 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 表 二氧化碳吸收系統(tǒng)物料衡算結(jié)果表 輸入物料 輸出物料 二氧化碳吸收系統(tǒng)料 吸收二氧化碳量 循環(huán)物料 溫度 ℃ 79 壓力 MPa 序號 組分 摩爾流量kmol/h 摩爾 分率 摩爾流量 kmol/h 摩爾分率 摩爾流量 kmol/h 摩爾 分率 1 N2 2 Ar 3 O2 4 CH4 5 C2H4 6 C2H6 7 CO2 8 C2H4O 9 CH3CHO 10 H2O 11 C2H6O2 小計 合計 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 4 章 熱量衡算 167。 反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)料 溫 度 為 T1=150 ℃ () ，反應(yīng)溫度為 T=234 ℃()； 出料溫度 T2=234℃ ()； 轉(zhuǎn)化率為 10%，選擇性為 80%，空速為 4000/h。 設(shè)原料氣帶入的熱量為 Q1，氧化氣帶出的熱量為 Q2，反應(yīng)熱為 Q3，反應(yīng)器的散熱量為 Q4。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 表 46 各組分的定壓比熱系數(shù)值 組分 A B10 C105 D108 42HC － 2O － － 2CO － 2N － － OH2 － OHC42 － － ②原料氣溫度為 150℃ ， 氧化氣溫度為 234℃ .在此條件下各組分的 Cp0值如表 47， 48 所示 表 47 原料氣各組分的 Cp0 值 (J/molK) 組分 42HC 2O 2CO 2N OH2 OHC42 氧化氣 可查得真實(shí)氣體與理想氣體的比熱之間關(guān)系的計算式 1000 ppppp CCCCCCp ???????? ? （ 43） 而Δ Cp0 和Δ Cp1 與 Tr 、 Pr 的關(guān)系可查出。 查表計算，各項(xiàng)計算結(jié)果如表 4 410 所示 表 49 原料氣中各組分定壓比熱的壓力校正參數(shù) 組分 42HC 2O 2CO 2N KTc/ MPapc / rT rP ? 110 KmolJ/ ??? pC 111 / ?? ??? KmolJC p 11/ ?? ?? KmolJC p 注：比熱的單位為 J/mol K) niX piniCX 42HC 2O 2CO 2N 合計 由計算結(jié)果可知 入tCNXQ pini?1 （ 45） 由公式 45 可得 1Q = ()= 107kJ/h ②反應(yīng)熱 Q2 在操作條件下，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為 主反應(yīng)： kJ / m 42242 ??? （ 45） 副反應(yīng)： k J / m o 22242 ???? OHCOOHC （ 46） 則主反應(yīng)的放的熱量為： k J / 6321 ????????Q 副反應(yīng)的放熱量為 : k J / 7322 ????????Q 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 總反應(yīng)熱為： k J / h102 5 4 )8 4 1 0 2 ( 7622212 ??????? Q ③氧化氣帶出的熱量 Q3 氧化氣出口溫度為 K，以 K 為基準(zhǔn)溫度，則 )k J / h()(1 ? ?? i pii TTCnQ 基出 （ 46） 計算結(jié)果列于表 412 中 表 412 氧化氣帶出的熱量 組分 Cp（ J／ mol 5. 1 反 應(yīng) 器 設(shè) 備 計 算 在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算。 設(shè)計生產(chǎn)能力： 萬噸 /年；生產(chǎn)過程安全系數(shù)： ；年操作時間：7200 小時；本設(shè)計采用一臺反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。 (7)計算催化劑床層體積vSVVR 總? 進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流量為 kmol/h 給定空速為 4000/h 40 00 22 .4423 11 6 .4 90 4VR ??= 167。 反應(yīng)管內(nèi)徑： di= 2== 反應(yīng)管根數(shù) n 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 iiRdHdV22 4A4n ????? ?? （ 510） 由公式 (510)可得 7 4 9 3 .1 11 0 .6 49 5 .1 5n2???? ? 根 經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為 7495 根。 5. 3 床 層 壓 力 降 的 計 算 可查得如下計算公式： ])1(150[13 GddgGHP ppg ????????? ??? ?? （ 511） 式中 ?P— 床層壓力降， 2kg/m ； H— 催化劑床層高度， m： G— 質(zhì)量流速， kg/； g? — 氣體密度， kg/m3； g— 重力加速度， m/s2； ? — 固定床空隙率； pd — 催化劑顆粒當(dāng)量直徑， m； ? — 氣體粘度， Pa s)； 本次設(shè)計所選用的催 化劑為 d=5mm 的球型，計算其直徑為 ?d ?H ?? s)00kg / ( kg / 22 ????? AmG 5 ??? ?? 3kg/?? 由式 511 得 ) )(150( 53 ????????????? ?P 0 M P g / 7 3 9 0 2 ?? 167。 167。2)1( bntD c ???? （ 515） 式中 D— 殼體內(nèi)徑， m； t— 管中心距， m； — 橫過管中心線的管數(shù)； 39。 )~1( db ? ， 取 5 0 6 0 239。 ????D 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 54 氧化反應(yīng)器的參數(shù) 名稱 數(shù)據(jù) 原料進(jìn)料量， kmol/h 產(chǎn)品產(chǎn)量，噸 /年 55000 原料進(jìn)口溫度，℃ 150 氧化氣出口溫度，℃ 234 水進(jìn)口溫度，℃ 210 水出口溫度，℃ 220 氧化反應(yīng)器臺 數(shù)，臺 1 氧化反應(yīng)器直徑， mm 5200 列管根數(shù)，根 4795 列管尺寸， mm 3 氧化反應(yīng)器高度， mm 12190 換熱面積， m2 河南科技