工藝計算更改數(shù)據(jù)2 - 副本概要

1、工藝計算41 反應的設計條件年產(chǎn)量：20萬噸/年，年工作日：300天（即年工作日7200小時）原料組成（wt%)乙炔氣（wt%)：氯化氫（wt%)：合成反應設計條件：乙炔氣/氯化氫=1:1.1，空速37，合成氯乙烯的乙炔轉(zhuǎn)化率：97.6%，生成VC選擇性：99%，乙炔轉(zhuǎn)化二氯乙烷的選擇性：0.9%。串聯(lián)轉(zhuǎn)化，一次轉(zhuǎn)化率68%，溫度150，進料溫度80，轉(zhuǎn)化后溫度110；二次轉(zhuǎn)化率28.6%，溫度為140，進料和出料溫度設110，進口水溫97，出口水溫102，不急熱損失，導出液對管壁的傳熱系數(shù)為：催化劑為圓柱狀，3mm6mm，床層空隙率為0.50.8，反應器內(nèi)催化劑填充高度為管長的95%，每根管

2、長3000mm,轉(zhuǎn)化器的直徑有2400、3000、3200.42 反應原理在氯化汞做催化劑，一定溫度和101.325kPa下，乙炔與氯化氫加成直接合成氯乙烯.反應方程式可表示為：主反應：+124.8kJ/mol副反應：43物料衡算由原料組成（wt%)乙炔氣（wt%)：氯化氫（wt%)：得：表41 乙炔氣的組成組分,總量mol%0.99060.00900.00041.0000表42 氯化氫的組成組分總量mol%0.98680.01260.00061.0000反應部分的基礎計算由乙炔氣/氯化氫=1:1.1，以進料氣中乙炔氣為100kmol/h為基準，則氯化氫為110kmol/h。由此易得：表43

3、原料混合氣的組成組分總量kmol/h99.0600108.5482.2860.106210.0000根據(jù)反應方程式及已知數(shù)據(jù)，計算反應器出口的氣體量。主反應：副反應：已知一次轉(zhuǎn)化率68%，生成VC選擇性：99%，乙炔轉(zhuǎn)化二氯乙烷的選擇性：0.90%，進入反應器的乙炔量為99.0600kmol/h,氯化氫108.548kmol/h，氮氣2.286kmol/h，水0.106kmol/h，所以消耗乙炔量：99.060068%=67.3608kmol/h由反應式有消耗乙炔量：99.060068%99%=66.6872kmol/h生成VC量：66.6872kmol/h消耗氯化氫量：66.6872kmol

4、/h由反應式有消耗乙炔量：99.060068%0.9%=0.6062kmol/h生成二氯乙烷量：0.6062kmol/h消耗氯化氫量：20.6062=1.2125kmol/h則可知未反應的乙炔量：99.060067.3608=31.6992kol/h未反應的氯化氫量：108.54866.68721.2125=40.6483kmol/h氮氣在反應中不發(fā)生反應，所以第一次反應后出口氣體中各組分的量如表44所示。表44 反應器入口和出口的氣體量（kmol/h)組分氯乙烯二氯乙烷入口99.0600108.5482.26080.10600出口31.699240.64832.26080.10666.687

5、20.6062合成氯乙烯的乙炔轉(zhuǎn)化率：97.6%，生成VC選擇性：99%，乙炔轉(zhuǎn)化二氯乙烷的選擇性：0.9%，進入反應器的乙炔量為99.0600kmol/h,氯化氫108.548kmol/h，氮氣2.2608kmol/h，水0.106kmol/h，所以消耗乙炔量：99.060097.6%=96.6826kmol/h由反應式有消耗乙炔量：99.060097.6%99%=95.7157kmol/h生成VC量：95.7157kmol/h消耗氯化氫量：95.7157kmol/h由反應式有消耗乙炔量：99.060097.6%0.9%=0.8701kmol/h生成二氯乙烷量：0.8701kmol/h消耗氯

6、化氫量：20.8701=1.7403kmol/h則可知未反應的乙炔量：99.060096.6826=2.3774kol/h未反應的氯化氫量：108.54895.71571.7403=11.092kmol/h出反應器的水蒸汽量：0.106氮氣在反應中不發(fā)生反應，所以第二個反應器反應后出口氣體中各組分的量如表45所示。表45 第二個反應器入口和出口的組成組成氯乙烯二氯乙烷入口31.699240.64832.26080.10666.68720.6062出口2.377411.0922.26080.10695.71570.8701實際裝置每小時生產(chǎn)的氯乙烯可折算為綜上所述，進料氣體中乙炔氣為100kmo

7、l/h,可生產(chǎn)氯乙烯95.7157kmol/h.若要達到333.333kmol/h的氯乙烯生產(chǎn)能力，則摩爾流量表組分氯乙烯二氯乙烷總進料478.3244 524.1385 11.0383 0.5118 0.0000 0.0000 1014.0130 轉(zhuǎn)化后153.0638 196.2757 11.0383 0.5118 322.0080 2.9271 685.8248 出料11.4796 53.5592 11.0383 0.5118 333.333 4.2014 542.9663 質(zhì)量流量表組分氯乙烯二氯乙烷總進料12436.434 19131.054 309.071 9.213 0.000

8、0.000 31885.773 轉(zhuǎn)化后3979.659 7164.064 309.071 9.213 20125.501 289.785 31877.293 出料298.469 1954.911 309.071 9.213 28886.000 415.938 31873.602 摩爾流量表組分氯乙烯二氯乙烷進料0.4717 0.5169 0.0109 0.0005 0.0000 0.0000 轉(zhuǎn)化后0.2232 0.2862 0.0161 0.0007 0.4695 0.0043 出料0.0211 0.0986 0.0203 0.0009 0.8512 0.0077 44 反應器的熱量衡算設原

9、料氣帶入的熱量為,反應器出料帶出的熱量，反應熱，反應器的撤走熱量。當忽略熱損失時，有 (41)各組分的比熱氯乙烯二氯乙烷8047.95529.59829.81175.51060.20984.85811049.28729.38129.24876.19468.34889.129（1） 反應器一原料氣帶入的熱量原料氣的入口溫度為353.15K，以273.15K為基準溫度，則 （42）計算結果列于表410中。表410 原料氣帶入的熱量組分合計47.95529.59829.81175.5100.4717 0.5169 0.0109 0.00051.000022.841014.92880.3250.037

10、838.1326由計算結果可知 （43）由公式43可得反應熱在操作條件下，主副反應的熱效應分別為主反應： （44）副反應： （45）則主反應的放熱量為：副反應的放熱量為：總反應的放熱量為：轉(zhuǎn)化后氣體帶出的熱量轉(zhuǎn)化后氣體帶出的溫度為383.15K，以273.15K為基準溫度，則 （47）計算結果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19468.34889.1290.2232 0.2862 0.0161 0.0007 0.4695 0.0043 1.000010.04968.40900.48530.038130.68000.445650.1076由計算結果

11、可知 （48）由公式48可得反應器的撤熱量 (49)可得反應器的撤熱量：（2） 反應器二原料氣帶入的熱量原料氣的入口溫度為353.15K，以273.15K為基準溫度，則 （42）計算結果列于表412中。組分氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19468.34889.1290.2232 0.2862 0.0161 0.0007 0.4695 0.0043 1.000010.04968.40900.48530.038130.68000.445650.1076由計算結果可知 （48）由公式48可反應熱在操作條件下，主副反應的熱效應分別為主反應： （44）副反應： （45）則主

12、反應的放熱量為：副反應的放熱量為：總反應的放熱量為：轉(zhuǎn)化后氣體帶出的熱量轉(zhuǎn)化后氣體帶出的溫度為383.15K，以273.15K為基準溫度，則 （47）計算結果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19465.34889.1290.0215 0.0986 0.0203 0.0009 0.8670 0.0083 1.0000 1.06142.9000.5940.068654.96770.741560.416由計算結果可知 （48）由公式48可得反應器的撤熱量 (49)可得反應器的撤熱量：5反應器的設計在物料衡算和熱量衡算的基礎上，可以對反應部分主要設備的工

13、藝參數(shù)進行優(yōu)化計算。這一部分主要是反應器的工藝參數(shù)優(yōu)化。51 催化劑的用量催化劑總體積是決定反應器主要尺寸的基本依據(jù)，其計算公式如下所示（由化工設計手冊可查）： （51）式中進料氣流量，；空速，。反應器一（1） 進料的體積流量立方型狀態(tài)方程RK用于氣體混合物的，查化工熱力學可知RK方程 （52）其中 （53） （54）方程中參數(shù)a和b常采用混合規(guī)則： （55） （56）交叉項 （57)其中先求和由表51知各物質(zhì)的和代入（53）和（54）計算結果如表52組分氯乙烯二氯乙烷308.3324.6126.2647.3429.7523.156.1408.3093.39422.055.6035.066表5

14、2各組分的和組分氯乙烯二氯乙烷8.032 6.7511.558 14.28520.18536.5123.61688E-052.81403E-052.6784E-052.11459E-055.52425E-057.43857E-05表53 組分交叉項的計算組分氯乙烯二氯乙烷乙醛8.032 7.364 3.537 10.712 12.733 17.125 13.940 6.7513.243 9.820 11.673 15.700 12.780 1.558 4.718 5.608 7.542 6.140 14.28516.981 22.838 18.591 氯乙烯20.18527.148 22.09

15、9 二氯乙烷36.51229.722 乙醛24.194由計算結果可知 代入式52有運用直接迭代法，查化工熱力學可知RK方程的直接迭代方程為 （58)以迭代的結果如表53表54 迭代結果0.028980 0.028902 0.028901 0.028901 有所以，由公式（51）得（2） 反應器床層截面積A（m2）及高度(m)的計算床層高度為床層截面積為反應器二(1) 進料的體積流量立方型狀態(tài)方程RK用于氣體混合物的，查化工熱力學可知RK方程 （52）其中 （53） （54）方程中參數(shù)a和b常采用混合規(guī)則： （55） （56）交叉項 （57)其中先求和由表51知各物質(zhì)的和代入（53）和（54）計

16、算結果如表52表52 各組分的和組分氯乙烯二氯乙烷乙醛8.032 6.7511.558 14.28520.18536.51224.1943.61688E-052.81403E-052.6784E-052.11459E-055.52425E-057.43857E-055.95855E-05表53 組分交叉項的計算組分氯乙烯二氯乙烷乙醛8.032 7.364 3.537 10.712 12.733 17.125 13.940 6.7513.243 9.820 11.673 15.700 12.780 1.558 4.718 5.608 7.542 6.140 14.28516.981 22.838

17、 18.591 氯乙烯20.18527.148 22.099 二氯乙烷36.51229.722 乙醛24.194由計算結果可知代入式52有運用直接迭代法，查化工熱力學可知RK方程的直接迭代方程為 （58)以迭代的結果如表53表54 迭代結果0.031440 0.031325 0.031325 有所以，由公式（51）得(2) 反應器床層截面積A（m2）及高度(m)的計算床層高度為床層截面積為52 確定反應器的基本尺寸由于直徑比目前工業(yè)上用的反應管（573.5mm)小的管子（383.0mm）做反應管，在未改變生產(chǎn)能力的前提下更有利于發(fā)揮整個床層催化劑的作用，故采用383.0mm的反應管。對于列管式

18、固定床反應器，首先應根據(jù)傳熱要求選定選擇383.0mm的不銹鋼管作為反應器的反應管規(guī)格，再求出反應管根數(shù)n。反應管內(nèi)徑：(根據(jù)化工原理（上）附表7.2熱軋無縫鋼管GB816387選擇）反應管根數(shù): （510）反應器一：經(jīng)圓整可得，反應管根數(shù)為197475根。反應器二：經(jīng)圓整可得，反應管根數(shù)為139945根。53 床層壓力降的計算由化學反應工程可查得如下計算公式 （511)式中床層壓力降，；催化床層高度，；質(zhì)量流量，；氣體密度，；重力加速度，；固定床空隙率；催化劑顆粒當量直徑，；氣體粘度，和；由附錄一的相關數(shù)據(jù)及內(nèi)插法可得：黏度系數(shù)：組分氯乙烯二氯乙烷乙醛353.15K120.55172.511

19、98.52355122.70110.45102.78383.15K129.75187.14210.15258.9132.80120.01111.21密度 組分氯乙烯二氯乙烷乙醛353.15K0.8971.2600.9660.9722.1573.4171.518383.15K0.8271.1610.8910.9511.9883.1491.400本次設計所選用的催化劑為圓柱狀，3mm6mm，則其當量直徑為：反應器一：平均黏度空隙率取0.8，由式511得反應器二：空隙率取0.8，由式511得54 傳熱面積的核算541 床層對壁面的給熱系數(shù)對于反應器，催化劑床層是被冷卻的。此時催化床層與反應器內(nèi)壁的給

20、熱系數(shù)，可用下式進行計算： （512）式中床內(nèi)氣體的給熱系數(shù)，；反應管內(nèi)徑，；催化劑顆粒直徑，；通過床層的氣體的導熱系數(shù)，；氣體的粘度，；u氣體的線速度，通過床層的氣體的密度，。通過床層的氣體的導熱系數(shù),：；組分氯乙烯二氯乙烷乙醛353.15K0.02790.01790.02960.67400.01040.01280.0166383.15K0.03120.01930.03150.68440.01210.01470.0188（1）反應器一氣體的線速度由公式512得（2） 反應器二氣體的線速度通過床層的氣體的導熱系數(shù),：；由公式512得542總傳熱系數(shù)的計算以管外表面為基準，不銹鋼反應管導熱系數(shù)取。其計算公式如下 （513）參見化工原理（上）式6117（1） 反應器一由公式513可得（2） 反應器二由公式513可得543 傳熱面積的核算對數(shù)平均溫差公式為化工原理（上） （514）由所需換熱面積 （515）又 （516）（1） 反應器一換熱介質(zhì)采用逆流，則由（514）、（515）、（516）得（2） 反應器二換熱介質(zhì)采用逆流，則由（514）、（515）、（516）得55 反應器塔徑的確定查化工工藝設計手冊有 （517）式中D殼體內(nèi)徑，m；t管中心距，m