固定床反應(yīng)器的設(shè)計計算

1、周波主編.反應(yīng)過程與技術(shù).高等教育出版社，2006年6月.四、固定床反應(yīng)器的設(shè)計計算固定床反應(yīng)器的設(shè)計方法主要有兩種：經(jīng)驗法和數(shù)學(xué)模型法。經(jīng)驗法的設(shè)計依據(jù)主要來自于實驗室、中間試驗裝置或工廠實際生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)。對中間試驗和實驗室研究階段提供的主要工藝參數(shù)如溫度、壓力、轉(zhuǎn)化率、選擇性、催化劑空時收率、催化劑負(fù)荷和催化劑用量等進(jìn)行分析，找出其變化規(guī)律，從而可預(yù)測出工業(yè)化生產(chǎn)裝置工藝參數(shù)和催化劑用量等。固定床反應(yīng)器的主要計算任務(wù)包括催化劑用量、床層高度和直徑、床層壓降和傳熱面積等。（一）催化劑用量的計算經(jīng)驗法比較簡單，常取實驗或?qū)嶋H生產(chǎn)中催化劑或床層的重要操作參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)直接計算得到?？臻g速度空

2、間速度Sv指單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的原料處理量，單位為S1。它是衡量固定床反應(yīng)器生產(chǎn)能力的一個重要指標(biāo)。(2-36):通網(wǎng)"一原料氣體處理量（擇準(zhǔn)狀況），/方正中VR-一催化劑填充體積式中：停留時間停留時間r指在規(guī)定的反應(yīng)條件下，氣體反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留的時間，單位為sor=Qv儀.9v在規(guī)定反應(yīng)條件下反應(yīng)物體積流量停留時間與空間速度的關(guān)系為工Pg式中：”,依標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度（K）與壓力丁”生產(chǎn)條件下的溫度（K）與壓力.空時收率空時收率s,指反應(yīng)物遁過催化劑床層時.在單位時間內(nèi)單位質(zhì)量t或體積）催化劑所獲得的目的產(chǎn)物的量.它是反映催化劑選擇性和生產(chǎn)能力的一個重薯指標(biāo).式中eg目

3、的產(chǎn)物的質(zhì)量小華醒催化劑的質(zhì)量上以也催化制的體機(jī).m%催化劑負(fù)荷催化劑負(fù)荷品指在單位時間內(nèi)單位憒量（或體積）催化劑由于反應(yīng)而消耗的原料質(zhì)量，單位為k«/（kgQ或值Q.它是反映催化劑生產(chǎn)能力的重要指拆.&=鬻（或8=守J（2-40）式中舊原料質(zhì)量流量，岳.S.床層線速度與空球速度床層畿速度是指在規(guī)定條件下,氣體通過催化劑床層自由栽面枳的流速，單位為m/m.(2-41).%1/1=-J.而空床速度是在戲定條件卜，氣體通過空床屋截面枳的漉速單位為m/s.C2-43)注意：設(shè)計的反應(yīng)器饕與提供數(shù)據(jù)的裝置具有相同的操作條件，如催化劑、反應(yīng)物、壓力、溫度等.但遁常不可能完全滿足，只能估

4、算.（二）反應(yīng)器床層高度及直徑的計算催化劑的用量確定后，催化劑床層的有效體積也就確定。很明顯，床層高度增高，床層截面積將變小，操作氣速、流體阻力（動力）將增大；反之，床層高度降低必然引起截面積（直徑）增大，對傳熱不利或易產(chǎn)生短路等現(xiàn)象。因此，床層高度與直徑應(yīng)通過操作流速、壓降（即動力消耗卜傳熱、床層均勻性等影響因素作綜合評價來確定。通常，床層高度或直徑的計算是根據(jù)固定床反應(yīng)器某一重要操作參數(shù)范圍或經(jīng)驗選取，然后校驗其他操作參數(shù)是否合理，如床層壓降不超過總壓力的15%。床層高度與直徑的計算步驟如下。<1）根據(jù)經(jīng)聆選取氣體空床速度"一（2）選取床層截面積Ak床層的截面根為An<

5、;2-43）猛0<3）校躲床層壓降加根據(jù)公式（2-20）和式仁-21:校驗床層壓降.若壓降低于總壓力的15%,則選取的空床速度如有效上述計算成立.（4）確定床層的結(jié)構(gòu)尺寸鼻催化劑床層高度為式中二%催化劑床層體積絕熱反應(yīng)器（筒形狀）直徑為口 葉廣床層管內(nèi)徑取4,外徑為山，若管內(nèi)裝催化劑，則列管數(shù)為對于殼管式反應(yīng)器（殼程裝催化劑3其截面積為A=-n科整后的實際管數(shù)為N,采用正三角形排列，總面積為Ar=N尸sin60c（爭1/2+ 2e式中川管心距，HUD反應(yīng)器的內(nèi)徑,mf¥最外端管心與反應(yīng)器壁距南，m,（三）催化耦床屋傳熱面積的計算催化劑床層所需的傳痣面枳可參照列管式換熱器的計算方

6、法確定，計算公式為(2-45)A=S-KM式中g(shù)經(jīng)熱量衡算藤定的傳熱速率&片進(jìn)出口兩端溫度差的對效平均值,k：K傳熱系數(shù)/m±呂K）,從有關(guān)手冊中查取或用公式計算.蔣文舉主編.大氣污染控制工程.高等教育出版社2.經(jīng)驗計尊法經(jīng)驗計算法是采用突騙室、中間實驗裝置及箕廠廠現(xiàn)有裝世中的得的-些最佳條件（如空速“、接觸時間等）作為設(shè)計依據(jù)（或定籟）來進(jìn)行氣因催化反應(yīng)器計算的一種方法°已知空速k的定顓，褥饕處理的氣體量為則所需的催化劑體積為:%=9匕口，”埴（了42）由粒粒狀況確定空塔氣流速度得出反能器直徑口.進(jìn)而可求得來層高度為：H=4VB/（t-（7-43）已知接觸時間r的

7、定額，需要處理的氣體量為外人則所需的催化劑體枳為二Fit*T*q*,u（744）同上可跣得到反應(yīng)器直徑和床層高度白值得注意的是，不同的催化亞應(yīng)有不同的定額，就同一催化反應(yīng)而言1各廠的管理水平不同.其定頡也不相同。定床的壓力降計算流體通過固定球的壓力降，主要是由流體和顆粒表面間的摩樨陰力和流體在顆粒間的收縮擴(kuò)大和再分布等H部眼力引起。因此,可以果用歐根4E喝嘰等溫流動壓降公式進(jìn)行砧算;(7-45)床層壓降，P自；床嬴,m;空床氣速，向立氣體密度，k或4；4顆位的體積點面積平均直徑山；一一床層空隙率、J摩擦系數(shù)，可由下式計算：(7-46)(7-47)式中；人-氣體黏度，Phy第四節(jié)影響催化轉(zhuǎn)化的因

8、素影響催化凈化氣態(tài)污染物的因素很多，但主要有反應(yīng)溫度、床層氣速、操作壓力和廢氣的初始組成。溫度催化反應(yīng)是在催化劑的參與下進(jìn)行的，反應(yīng)的快慢與催化劑的活性有關(guān)。催化劑活性又與反應(yīng)溫度密切相關(guān)，因而對于伴有熱效應(yīng)的催化反應(yīng)，溫度的調(diào)節(jié)和控制對凈化設(shè)備的生產(chǎn)能力、凈化效果均有很大影響。對于可逆反應(yīng)，由于受到平衡的限制，須同時考慮平衡反應(yīng)率人和反應(yīng)速率常數(shù)左對總反應(yīng)速率的影響。對于可逆放熱反應(yīng)，溫度的升高，將造成的降低和人的增加，因此反應(yīng)速率的變化不是線性的，而是一個彎弓曲線，曲線的最高點也是反應(yīng)速率最大的點，它所對應(yīng)的溫度稱為最佳反應(yīng)溫度。二、空速m空速的定義M知.在一定把闈內(nèi)，空速增加可以提島單位

9、體積催化劑床層的氣體處理能力.阿反應(yīng)率降低不大Q因此催化反應(yīng)股在保證要求的反應(yīng)尢件床值反降的條件卜.，采用較大空速V在選擇空速時坯應(yīng)保證，對上流式固定床操作.不能使床層即起。三、操作壓力加K般能加速催化反應(yīng)，減少設(shè)謠體積,但因催化凈化處理的是工廠排放的廢氣.故回收價俏不大.一般將廢氣的扣放施力(略得于常壓)作為操作壓力。四、廢氣的初始組成從例7-可如廢氣的初始組成直接影響反應(yīng)速率J、催化劑用q片和平衡轉(zhuǎn)化率工；。不同的催化掙化理程，理.想的初始組成也不相同。例如：對相裘元素主編南京化工學(xué)院等合編.高等學(xué)校試用教材基本有機(jī)化工過程及設(shè)備.化學(xué)工業(yè)出版社，1981年04月第1版.例3-7乙海以裁催

10、化劑氧化制環(huán)氧乙烷，主要反應(yīng)為CH*。JH$Oii)£AH,=-”.69千卡/克分子25,CCaH4+3。二ZCOj+211aO(.2)AH=-31G千卡/克分子?5'C要求年產(chǎn)環(huán)氯乙烷1虱0噸.采用二段空氣氧化法，試根據(jù)中武經(jīng)驗，取用下列數(shù)據(jù)枯鼻第一反應(yīng)器尺寸,1 .進(jìn)入第一反應(yīng)器的原料氣組成為C.H.O.CO.N.C.H.CI.分于%3.S6.07.782.8Wft2 .第一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)料溫度為210C,反應(yīng)溫度為250C,反應(yīng)壓力為10公斤/厘米2,轉(zhuǎn)化率為20%選擇性為66%,空速為5000時7。3 .第一反應(yīng)叁采用列管式固定床反應(yīng)器，列管為427K2.5亳米，管長6米

11、，催化招充填恁度57米。4管間采用導(dǎo)生液強(qiáng)制外循環(huán)換熱。導(dǎo)生液進(jìn)口溫度230'C,出口溫度235C,導(dǎo)生液對管外壁給熱系數(shù)。2可取650千卡/米2時JC.5 .催化劑為球形,直徑/為5率米，床層空隙率2為048。6,年工作7200小時，反應(yīng)后分離、精制過程回收率為90%,第一反應(yīng)器所產(chǎn)環(huán)窠乙烷占總嚴(yán)酷的加。7.在250C,10大氣壓下，反應(yīng)混合物有關(guān)物性數(shù)據(jù)為導(dǎo)然系數(shù)九=0.0304千卡/米時C粘度/326乂105公斤/米秒密史QR7.17公斤/米,各組分在25250C范圍內(nèi)平均氣體熱容為CtHa0,N,0.H*OC,H,O千卡/公斤C0.470.230.250.230.470.33解

12、1I物料荷算要求年產(chǎn)100。噸壞聚乙烷，考慮過程損失后每小時應(yīng)生產(chǎn)環(huán)氧乙烷量為鬻答翳=.32公斤/時由第一反應(yīng)器反應(yīng)生成環(huán)筑乙烷量為154.32x0.9=139公斤/時=36公斤分子/時第一反應(yīng)港應(yīng)加入乙烯量為3.16766x0.2029,94公斤分子/時按原料氣組成，求得原料氣中其余存組分田為0223.9d*0W=4104公斤分子/時COj23,94X«=5267公斤分子"才VWk223.94生=566.35公斤分子7時反應(yīng)(1消耗乙烯Q23.94X0.2X0.66=3.16公斤分子/時油耗氧氣量：3.16KQ.5=1.58公斤分子/時生成環(huán)氯乙烷增316公斤分干/時反應(yīng)

13、(2)消耗乙爆盤23.94x0.2x0.34=1.63公斤分子7時消耗氧氣EI1.63X3=4.89公斤分子/時生成二氧化碳設(shè)1.63X2=3.26公斤分子/時生成水所1.63x2=3.26公斤分子/時表3-1物料為算表ta逸11也科分公斤分于/紂公斤公斤分子31公斤/時GH.23.9470.3119.15536.2O.41.041313.1>fl34.71108.24CO,1Si.8?2317.41BS.ilN,566.35IStSrt99566.3515S57.80孰凡。SdCU9.04HtOS.21583A計68420158.88“2,42卸I56.W故反應(yīng)器出口氣體中冬組分量為C

14、2H423.91-(3.16+1.63)=19.15公斤分子/時0241.04-(1.58$4.89)*3457公斤分子/時CO252e67+3.26=55.93公斤分子/時N25G635公斤分子/時CzH4O316公斤分于/時H2O3,2G公斤分子/時2.計算催化劑床層體積Vr進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流址為684公斤分子/時給定空速為500。時r68$乂22.4.VW、»=500=3.06米S.反應(yīng)器管效n給定管子為027X2.5,故管內(nèi)徑d.為0.022米，膏長為&米，催化劑充垠高度L為5.7米。n =-今YL413.06一幣85乂3誨產(chǎn)x5.7=IE采用正三角形排列.支取管數(shù)

15、為1459根°4.熱生衡算基準(zhǔn)M度25P(1)原料氣帶入海量QiQi-C670.32kQ.47+1315.28X0.23+2317.48x0.23+15857.8X0.25)x(210-25>=946196千卡/時(2)反應(yīng)后氣體帶走熱展Q2Ch=(536.2X0.47+1106.24X0.2J+2460.92x0.23+15857.8x0t254139.04X0.334-58.68X0.47)(250-25).1149834千卡/時<3)反應(yīng)放出熱量Q,Qr=3J6x1。3、24,69+1.63xl03x3.=593100千卡/時<4)傳給導(dǎo)生液的熱StQc-Qi

16、+Qt-Q2=94619659310。-1149834=389462千卡/時45)核算跳熱面積床層對爨急給熱系數(shù)按式3-ID計算。a<exp(-4»6d/dt)36366公斤/米，時20158.8a1459x-<0<«22>240.005x 363662；6x 10-5x3600 = 1943乂（1943）。八”p（T6»）-339.24千卡/米”時P總傳熱系數(shù)KQ a? d。 Zfidm Atfj0.022339.24650x0.027=嬴有= 224.72千卡/米，時C因轉(zhuǎn)化率低，故整個反應(yīng)塞床層可近似地看成等溫，為25CTC.傳熱推動

17、力為A1 <250- 230” (250 -235)，號 金At皿 17& VIE要傳熱面租為A需=力?誨黯書二見。3米2實際傳熱面積為A*="5-Ln=3.】4*。022x5.7x1459=574,78米？A實）AH能滿足傳熱要求6.住屋壓降計算Re*'吃。一卜士不）=36屬潮流AP = 1.75Pf 叱(1 71Lr3G36用'口=75、Lb'l九"、部網(wǎng))x(h5?x5"El)xD.O45xO.48*13Mo公斤/米,=1,36公斤/厘米*徐建良等編著.現(xiàn)代化工計算.化學(xué)工業(yè)出版社,.儺盤的衡算,主要設(shè)得的工藝計茸，并從

18、段計流程計算的收斂與杏山及和現(xiàn)實揉作的符合程度來檢驗嫉流程是否叮行.一.過程的基本信息（一）市場信息二甲隆工業(yè)生產(chǎn)的興起是同氟氯烷的限制和禁止使用量磨相連的.20世紀(jì)70年代初國際上氣霧劑制品得到迅速發(fā)展，氣霧劑生產(chǎn)中，氣霧抽射劑11鬟果用策氯烷口近年來,獨現(xiàn)策煞燒對地球大氣臭輕層有嚴(yán)威的破坊作用.遭到限制和禁止使用.鑒于二即睡的飽和蒸氣壓等物理性朋和二籟二氯甲烷相近以及其優(yōu)良的無毒害和環(huán)保性能,使之成為氟氯烷的理想替紇晶，自20世紀(jì)即年代以來，二甲歌作為一種安至氣霧劑得以迅猛地發(fā)履口目諭，氣塞劑制品已成為二甲醯最重盥的應(yīng)用市場。二甲堂不僅可以做制攆劑和氣霧劑.而且還作為液侔燃料.低壓下的二甲

19、爆變?yōu)橐后w引石油液化氣有相似之處.二甲雄也可以做得雎燃料，與甲算按一定比例混合后，可克服單一酒態(tài)燃料的缺點.從而改善奧料性能.具有清活、使用方便等優(yōu)點.據(jù)市場周壹，二甲雕市場應(yīng)用前景廣隨國內(nèi)需求最遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供瞥量,現(xiàn)市場上甲醉價格為【50。2。州元/她.一甲膻價格為7000元/噸.以甲醇為原料，經(jīng)催化脫水得到二甲醒，為甲髀的淙合利用和增值提供了一條理想的途徑.本設(shè)計按照概念設(shè)計的思路，不找從甲障催化脫水生產(chǎn)二甲觥的最佳匚藝流程和估算最佳設(shè)計條件q（二）反應(yīng)僖息反收方程式（CH3）2O+H2O反應(yīng)熱Hr（251）=-11770kJ/kmol反應(yīng)條件，溫度1=250370P,反應(yīng)壓力為常壓.選擇性，

20、該反應(yīng)為催化脫氧，催化劑為10.2%硅酸處理的無定性氧化鋁.在400七以下時，該反應(yīng)過程可以看作是單一、不可逆的，反應(yīng)的選擇性S可以近似認(rèn)為等于1.反應(yīng)為氣相反應(yīng).二甲隧產(chǎn)量率；130kmol/h.甲醇的轉(zhuǎn)化率在80%以上.未反應(yīng)的甲醇循環(huán)回收到反應(yīng)器中的流量是65kmol/h.®二印陳產(chǎn)品純度，99%（質(zhì)俄分?jǐn)?shù)）.原料：常溫下工業(yè)級甲醇（假定含母】/）.（三）連笠更間啾生產(chǎn)的選擇選擇一個連續(xù)的母程，操作費用和物流針用以年為塔準(zhǔn)，操作時數(shù)為8150h/a.二、流程輸入輸出結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)（一）原料預(yù)處理原料是工業(yè)級的甲弊，內(nèi)含少量水（假定摩爾比甲薛，水=99«1）,和微粒其他

21、雜質(zhì)（對于主反應(yīng)無影響），水是反應(yīng)的產(chǎn)物，忽略對原料進(jìn)行凈化處理。如原料甲醉含水量過高.可考慮精偏以后進(jìn)料.（二）副產(chǎn)物在所選催化劑和反應(yīng)條件卜，主反應(yīng)的選擇性接近1,網(wǎng)產(chǎn)物很少，在整個設(shè)計過程中忽略副產(chǎn)物存在.（三）循環(huán)和放空由于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為80%,所以用循環(huán)物流帶未反應(yīng)的甲障循環(huán).反應(yīng)產(chǎn)生的水，殘留少量甲辭（V2%）,經(jīng)簡單處理可排放.三.反應(yīng)器的工藝設(shè)計(-)動力學(xué)模型反應(yīng)器的工藝設(shè)計主要是完成催化劑用量或反應(yīng)器反應(yīng)體積的設(shè)計.設(shè)計的主要依據(jù)是反應(yīng)動力學(xué)模型.甲靜在T-AbOa上脫水生成二甲膻的動力學(xué)模型如F,(5-33)dXM:叱而/_/>DpHtOdr*<1+-bHjOp

22、HjO)2'式中XM甲靜的轉(zhuǎn)化率；k反應(yīng)速率常數(shù)，hatmf”&一甲靜的吸附常數(shù)p壓力，atmj*質(zhì)量停留時間，hiKp-反應(yīng)平衡常數(shù).下標(biāo)：M甲醉；D-一二甲腐。質(zhì)量停留時間定義為:(5-34)式中Ww催化劑質(zhì)量；Wmo一反應(yīng)器進(jìn)料中組分甲髀的質(zhì)星流量.在ChemCAD中有一個動力學(xué)反應(yīng)器(kineticreactor)操作單元.可以自定義動力學(xué)模方，一種計算模式是根據(jù)反應(yīng)器體積計算反應(yīng)出口轉(zhuǎn)化率，另種計算模式是根據(jù)出仃轉(zhuǎn)化率”算反應(yīng)器體積，即完成反應(yīng)器的工藝設(shè)計。(5-35)ChemCAD動力學(xué)反應(yīng)器對反應(yīng)速率的定義為,“痂7冷痂式中Nn一反應(yīng)器進(jìn)料組分£的摩爾流

23、鼠：VK反應(yīng)器的體積.將反應(yīng)速率的定義應(yīng)用在甲醇在y-AlzO上脫水的動力學(xué)模型上:dzMWmovdjCM.包乙M_包1乂也M，也獷二寸/丁/河二戶赤dT6w_、X.比50"八PDP.O）M<14-MpM+&nf011,0）2K,碣IA=1635X12exp（一?）6m=1.252XlOQxp（一）如o=l.206X109e即（一望?）1nK»=5+3.0707InT-2.783X107T4-3.8X10-r0-6.561X等一26.64為催化劑的堆砌密度，取值為SOOkg/mL（二）甲馥脫水鮑熱國定床反應(yīng)器的設(shè)計步圖步驟1,新建文件名“二甲醒固定床反應(yīng)器設(shè)計

24、，步驟2°建立工藝流程圖如圖5-52所示.步驟3：單位選擇，以SI單位制為主，壓力巾位采用atm.申一步嚼4：組分選擇甲醉、水和二甲雄（Meth扁Nanol>Water,DimethylEther）.步驟5,相平衡模型（K值模型）選擇|IHIINRTL（或Wilson或UNIQUAC等溶液模型）.彈出的NRTLParametersSet1窗口中顯示了二|_.元交互作用參數(shù)，但空數(shù)據(jù)不全，缺乏水和二甲醮的二元交互作用零數(shù)，采用2。卜菜單命令中國5T2二甲健固定床反應(yīng)器流程圖的B1PRegression命令來回歸所缺的多數(shù).步驟6：點擊ChemCAD中菜單按錦熱力學(xué)及物化性質(zhì)”,從

25、箕下拉菜單中選擇“回歸二元交互作用多數(shù)”命令.邦出“二元交互參數(shù)回婦”窗口，選擇“使用UNIFAC估算法的汽液平衡數(shù)據(jù)回歸（VLE）n,并復(fù)選上“回歸出所有缺失的二元交互參數(shù)'如圖5-53所示.步驟7：編筑進(jìn)料信息.溫度523.15K,壓力laim,組分摩爾分?jǐn)?shù)：甲靜0.99,水0.0L總流量325kmol/h.步驟8,編輯動力學(xué)反應(yīng)器的信息.雙擊動力學(xué)反應(yīng)器的圖標(biāo)，彈出“動力學(xué)反應(yīng)器（KREA）"窗口，在“徵況說明”中作如圖554的選擇.在“更多說明”的活頁窗口中作圖555所示的選擇，對動力學(xué)方程中的變盤進(jìn)行單位制的設(shè)定.點擊OK后，彈出“KineticDaU-w窗口，如圖

26、5-56所示，編輯反應(yīng)信息.步殊9,點擊，彈出“一KineticData-”窗【I中的“OK”后,彈出“Unit：1UserRateExpressions"窗口，在MRxnT活頁窗口中的"WriteUserRateExpressions0文本二元交互務(wù)敗同歸二元書的回笛激露天涯(役有)使用UNIFAE估且注的汽液單,敷落回歸CVIE)廣使用真砂的汽浪斗翕散摳1“片".團(tuán)婦(VLE>r使用實就的汽/平MUISIP*BE(VLE>便用實能由液港率ar數(shù)弁kae(ll£)便月港及系JRGeb敷需園歸<Ll£)使用UNIFAC估/琢液

27、庖平希數(shù)第回舊(LLE)使用改談型Modt&(DgUMFAC估法(LLE)使用UNIFAC或ModiwSUNFACW；M亙函立0分完文篁赫r在irwam,使用三am心|匕Z|0K|圖5-54動力學(xué)反應(yīng)器操作信息編輯的活頁窗口 1*«F8 5-54動力學(xué)反成耨操作信息編輯的活頁窗門 2勘力學(xué)萬庭中的單位司工舞 陸度1分區(qū) MEffl5-56反應(yīng)式信息編輯也口圖5-53二元叁數(shù)回收禽口框中填寫反應(yīng)動力學(xué)信息，使用VBA編程語如下所示，DimIvoAbDoubk*.TAsDoubleluo=800.0T=TempDimkAsDouble,bmAsDoublebwA鼻Double.K

28、PAsDouble.RAsDoubleR=8314k=1635000000井E*(-69239#/R/T)bm=«L252E+18Exp(-2l6572f：/R/T)bw=1206000000ifExp(-88217#/R/T)KP-Exp(-26.644-40B4l/Tf3.707*Log(T>-0.002783*T+0.00000018TA2-65610»/TA2)DimMAsDouble'MJ&甲醉的分子MM=32.042RinRaxeOOl-luo/M-k*bmA0.5*POOP1.5*（bP003*POOZ/KP/POOP2）/（14Cbm&

29、#39;POOITO.S卜bwPO02）a2步驟】?！军c擊“Unit,1UserRateExpressions”窗口中"確定"ffl»彈出Window”信息提示樞，兩問是否更新動力學(xué)方程表達(dá)式，點擊“是，步驟點擊運行按鈕“Run”.得到反應(yīng)器體積是27.73ms.力輯12,絕熱固定床反應(yīng)器的出口物料各級分摩爾分?jǐn)?shù)：甲醉0.1986,水0.4057.二甲雁0.3957,溫度634.7K.四、分離系統(tǒng)從反應(yīng)器中出來的氣體含有二甲費、未反應(yīng)的甲兩、水,那是以氣態(tài)存在.進(jìn)入分離塔之前要將氣體冷卻成液體或者氣液兩相共存.三組分的混合體系，采用兩個精墻塔，即個二甲醍塔和一個甲

30、髀塔來將三種物質(zhì)分離.（一）塔序為了清晰地分割混合物，可先問收最輕的組分,也可以先回收最重的組分.當(dāng)組分?jǐn)?shù)增多時，替代方案數(shù)量急劇上升.因而在排定蒸喀塔的塔序時，人們得到了兩組推理法則.排定塔序的通用推理法則；脫出腐蝕性組分；盡快脫出反應(yīng)性組分或單體上以埔出物移出產(chǎn)品,以墉出物移出循環(huán)物流.如果它們是循環(huán)送回填料床反應(yīng)器，尤其要這樣.排定塔序的推理法則，流量大的優(yōu)先,最輕的優(yōu)先高收率的分離最后,分離困難的最后；等摩爾的分割優(yōu)先1下一個分離應(yīng)該是最便宜的.一.一一-一-在根據(jù)匕述推理法則，三組分中二甲赫的流成破大.而且也最輕.所以本設(shè)計中塔的分高順序為I二甲戰(zhàn)+甲醉+水一二甲醍，甲酣+水4甲髀+

31、水一甲醇，水（二）分寓塔（二甲酸+甲醇+水-二甲醛甲呼+水）二甲轆在常壓下的沸點很低C-24V）.常壓精惘,塔頂冷凝器筋要保持低溫，要增加制冷設(shè)備，增加了設(shè)計難度和實際操作困難，不采用常壓精儲的方案，而采用加域精慵.如果塔頂冷凝器采用常溫下的自來水進(jìn)行冷卻.塔頂懦出物的泡點溫度應(yīng)大于sor,二甲的泡點溫度為50七時.對應(yīng)的泡點1K力為ll.3atm.（1）分再塔1的簡捷設(shè)計步驟L新建文件名或打開上一題文件.步驟2：建立工藝流程圖如圖5-57所示.圖5-57傳快精場塔漉程圖步驟36：參照上題步驟36,完成K值方程的選擇和所缺參數(shù)的估算.步驟7,編轅進(jìn)料信息.精面塔采用泡點進(jìn)料.即汽相分率等于0,

32、壓力組分摩爾分?jǐn)?shù)甲薛0.1986.水0.4057.二甲廨0,3957,總流量325kmo1/h.步驟8：雙擊流程圖中-ShortcutColumn"圖標(biāo),編輯精墉塔簡捷設(shè)計的相關(guān)信息，如圖5-58所示.圖5-58簡捷精慵塔的設(shè)H條件步驟9：點擊ChemCAD的運行按鈕“Run”，精鐳格的荷捷設(shè)計結(jié)果如下，塔板數(shù)19.2；最小回流比0.175,實際回流比取量小何流比的L5倍，為0.26,進(jìn)料板的位置為第12(11.4)塊.(2)分離塔1的嚴(yán)格模擬步驟】；打開上一題的文件。步驟2i建立精慵嚴(yán)格模擬的工藝流程圖5-59.步驟3：編輯精端塔的進(jìn)料信息同匕一題步驟7.步驟4：雙擊嚴(yán)格精蟒塔(S

33、CDS)圖標(biāo)，彈出“精儲塔的SCDS同時校正算法一”窗口,依據(jù)簡捷設(shè)計的結(jié)果對精博塔操作信息進(jìn)行編輯.設(shè)實際塔板效率為0.6,實際塔板數(shù)取】9.2/0.6=32,進(jìn)料板的位置為12/0.6=2。°如圖5-60所示(窗口中“塔板總數(shù)”為30.這是由于精慵塔的簡捷設(shè)計與精馀的SCD5模擬計算中.對塔板數(shù)的認(rèn)定不一樣，在精慵塔的箍捷設(shè)計中將塔頂?shù)睦淙ζ骱退脑俜衅鞣謩e當(dāng)作一塊塔板，而在SCDS精惘模擬中，塔板數(shù)不包括冷凝器和再沸器兀圖5-60 SCDS精饋塔的“精博活頁窗口步驟5.在“操作條件說明”(Specifications)窗口頁中對嚴(yán)格精懈的出料各確定一個變量值,如圖5-61所示

34、.圖5-61 SCDS精博塔的“操作條件說明”活頁窗口步球6g在wConvergencen窗IT頁中填寫塔板系數(shù)(Stageefficiency)為66.如圖5-62所示。較效率:年一快塔板抬不策一決曙岐最后一杭塔區(qū)圖562員中板效率輸入文本框步驟7,運行“SCDS”單元操作.塔板上各個組分摩爾分?jǐn)‰S塔板數(shù)的變化圖如5-63所示,00.10.20.30.40.50.60.7080.9事爾分救甲醉水二甲fif圖5-63塔板上液相各組分摩爾分敷隨塔板數(shù)的變化圖1(3)分離塔1的尺寸設(shè)計分離塔1采用填料塔設(shè)計步豫，點擊ChemCAD“Sizing”菜單命令.從其下拉菜單中選擇distillat沁nn

35、tm*命令.彈出“塔板尺寸”窗口，如圖5-64.塔板類型選擇篩板點擊OK”按鈕。圖5-64塔板類型選擇窗口步驟3在彈出的“笳板”窗口中填入設(shè)計壓力，選好輕關(guān)困組分和重關(guān)鏈組分，如圖5-65所示.步輯L點由制口中“OK”按鈕.ChcmCAD給出塔的尺寸結(jié)果。(4)分離塔2的設(shè)計分離塔2的設(shè)計同分離塔1的設(shè)計，先進(jìn)行簡捷設(shè)計，采用常壓塔，結(jié)果是塔板數(shù)17.I:最小回流比0.98.實際回流比取最小回流比的15偌,為1.48.進(jìn)料板的位置為第11(10.6)塊.0*昆»«BMir.依力1|01,N1/道卜6Qgc卜. Fsci 445F289iw 中 心»wirOMumw

36、rRVffK*ond我之上 0,2OfB?FSectionffjOHflrRBfio由1兒三VMF鏟G*C«*S328r即飛gc30*w*ViVHrf«方P.Th :«9*>。心JHBWI lli»i+B圖力|S3223ain|oonOTMSH,圖5-65埴料塔設(shè)計叁散窗U再用嚴(yán)格精憎（SCDS）模擬.監(jiān)證簡捷設(shè)計的結(jié)果.采用篩板塔，板效率設(shè)為0.5.塔板上各個組分摩爾分?jǐn)?shù)隨塔板數(shù)的變化如圖5-66所示。圖566塔板上液相各組分摩爾分?jǐn)?shù)陶塔板數(shù)的變化圖2分離塔采用篩板塔設(shè)計，通過ChcmCAD“Sizing”菜單命令,從其下拉菜單中選擇trays命

37、令計算塔徑.結(jié)果是。914m.五.全流程模擬全流程模擬完成全流程的工藝設(shè)計和物料、能量的算，并為進(jìn)一步全流程的優(yōu)化提供依據(jù).在完成反應(yīng)和精慵分離的基礎(chǔ)上，物料之間本力不同，考虐用壓縮機(jī)、泵或減壓同操作，物料之間溫度不何.有慮用換熱布操作，這樣，初步建立的流程圖如圖567所示.說明：物料1,常溫常壓下進(jìn)料.流量是260ktnol/h.物料12：常壓塔塔頂產(chǎn)物.主要是循環(huán)回收的甲號，是流程中的循環(huán)回路,物料信息必御設(shè)定?？梢詴簳r設(shè)定流量是65kmol/h溫度、壓力、組成的信息可以參照常壓塔模擬的結(jié)果，也可以用常溫常壓代替，組成按原料甲髀給定.這樣就給定了這股物料信息的初值，通過全流程的計算收斂，會

38、用準(zhǔn)確值補換這股物料的初值。設(shè)備1為混合器（Mixer）,可以不作任何攝作條件的設(shè)定設(shè)祈2為泵（Pump）.掾作條件是輸出壓力為12atm；設(shè)備3為換熱器，操作條件是出口的物料4溫度為25OX；.設(shè)備4：在全流程中采用平衡反應(yīng)器而不使用動力學(xué)反應(yīng)器，這樣可以簡化流程的計算.實際的反應(yīng)器非常復(fù)雜.應(yīng)該單獨研究全流程模擬是為了得到全流程的質(zhì)口和能燭平衡，這個時候反應(yīng)器在一定條件F的轉(zhuǎn)化率是給定的.設(shè)備5和設(shè)備7,這兩個換熱器為的是滿足精懶塔的泡點迸料條件。設(shè)備9：減壓閥，目的是將壓力減至常壓，工業(yè)當(dāng)中可以采用多種方式實現(xiàn)，流程模擬中可以不拘泥于這些設(shè)備形式.只要能達(dá)到減壓的目的即可.以便完成全流程

39、的模擬.設(shè)備6和81分別為高壓和常壓精慵塔，工藝條件和操作條件在之前的設(shè)計中已經(jīng)完成。全流程模擬的部分結(jié)果，如襲5-18所示.六、能盤集成流程當(dāng)中用到了許多換熱器，物料既被加熱乂被降溫,通過能最集成.充分利用物料之間相互加熱與降溫，以達(dá)到使用最少公用工程的目的.能量集成主要使用夾點技術(shù).感興趣的讀者可以查閱相關(guān)資料，例如李仕梅等的論文“二甲醯生產(chǎn)過程換熱網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)優(yōu)化工；13.44083s.im511-6.23Xl-Q1,-7.76X©-&2&XlflTI3瑞，0271101741.6046I?！蓖?045Jft-R二吩自稱1!甌*JliaTutFh)汽描妙事E6Q

40、H294.4MJ3群里小漉依"觸$用得8247.&11610305.gsifi10370.S04Bo3»5.»513325,02731力K良1O3Q5.klE二中鑫物料*耳67RgIDn12物料書柞_三用班回收甲整3ft/VBL2GJ452.3914lfiO.5Uir抬74.9908S9.9341眨BTSd國力制而2)212-l:1211二_量*Whl一7,75XKJ-2,S«X1OT-S.OftXlO1-5.招乂j。'-5.E3MI爐3.做X1DF-L53X10T料出加察0C00aa0325.027312&TIM19&3

41、07Si96.3075196,3075131.3CZ5由00491O37C.3921九明野4441.5B951*L5l*92M6+oni2m,U3&界帆務(wù)就八%/附甲鄴2061392.0411E059.IZA62059J加瓠128Ci.4gg72M7.E£9生N3M.45dC,MOI2376.4541ZM7,心，】!3?a4S41236九5?1JIL耶屈二審贊593Z.M327.D28Z0,93225.93M產(chǎn)_15.»327曲*724日5&7248O降mi&-5Z74陳家慶主編.環(huán)保設(shè)備原理與設(shè)計.中國石化出版社，2005年9月.四.固定床反應(yīng)霜的設(shè)計計算絕熱固定床反應(yīng)器主耍由光體，催化劑層、催化劑承載裝置、氣體進(jìn)出口管及分布板等組成，固定床反應(yīng)器的設(shè)計計算主要包括催化劑床層體積、床層截面積和高度