化工工藝學(xué)設(shè)計(jì)

PAGEHefeiUniversity《化工工藝學(xué)》課程設(shè)計(jì)題目：3萬(wàn)噸/年乙烯氧化制環(huán)氧乙烷反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：化學(xué)材料與工程系班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：隊(duì)別：隊(duì)員：教師：日期：201PAGE4目錄1.概述 31.1.化工工藝設(shè)計(jì)的意義和主要內(nèi)容 31.1.1.意義 31.1.2.內(nèi)容 31.2環(huán)氧乙烷基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用 41.2.1.環(huán)氧乙烷物理性質(zhì) 41.2.2.環(huán)氧乙烷化學(xué)性質(zhì) 41.3.本設(shè)計(jì)的主要思路及創(chuàng)新點(diǎn) 52.工藝路線設(shè)計(jì) 62.1.氧化反應(yīng) 62.2.二氧化碳脫除 72.3.反應(yīng)過(guò)程分析 72.4.催化劑的選擇 82.5.反應(yīng)器及混合器的選擇 92.6.工藝流程圖 93.物料衡算 103.1物性數(shù)據(jù) 103.2設(shè)計(jì)依據(jù) 103.3循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算 113.3.1.計(jì)算依據(jù) 113.3.2.混合器 123.3.3.反應(yīng)器 124.熱量衡算 165.乙烯氧化固定床列管反應(yīng)器計(jì)算 165.1.反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算 175.2確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸 175.3床層壓力降的計(jì)算 185.4傳熱面積的核算 195.5反應(yīng)器塔徑的確定 206.各組分吸收情況計(jì)算 216.1.環(huán)氧乙烷吸收塔 216.2.CO2的吸收系統(tǒng) 247.總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25不受影響。環(huán)氧乙烷易與酸作用，因此可作為抗酸劑添加于某些物質(zhì)中，從而降低這些物質(zhì)的酸度或者使用其長(zhǎng)期不產(chǎn)生酸性。例如，在生產(chǎn)氯化丁基橡膠時(shí)，異丁烯與異戊二烯共聚物的溶液在氯化前如果加入環(huán)氧乙烷，則成品即可完全不用堿洗和水洗。由于環(huán)氧乙烷易燃及在空氣中有廣闊的爆炸濃度范圍，它有時(shí)被用作燃料氣化爆彈的燃料成份。環(huán)氧乙烷自動(dòng)分解時(shí)能產(chǎn)生巨大能量，可以作為火箭和噴氣推進(jìn)器的動(dòng)力，一般是采用硝基甲烷和環(huán)氧乙烷的混合物（60：40-95：5）。這種混合燃料燃燒性能好，凝固點(diǎn)低，性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易引爆?？偟膩?lái)說(shuō)，環(huán)氧乙烷的上述這等直接用途消費(fèi)量很少，環(huán)氧乙烷作為乙烯工業(yè)衍生物僅次于聚乙烯，為第二位的重要產(chǎn)品。其重要性主要是以其為原料生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。由環(huán)氧乙烷衍生的下游產(chǎn)品的種類遠(yuǎn)比各種乙烯衍生物多。環(huán)氧乙烷的毒性為乙二醇的27倍，與氨的毒性相仿。在體內(nèi)形成甲醛、乙二醇和乙二酸，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)起麻醉作用，對(duì)粘膜有刺激作用，對(duì)細(xì)胞原漿有毒害作用。大部分的環(huán)氧乙烷被用于制造其它化學(xué)品，主要是乙二醇。乙二醇主要的最終用途是生產(chǎn)聚酯聚合物，也被用作汽車?yán)鋮s劑及防凍劑。其次用于生產(chǎn)乙氧基化合物、乙醇胺、乙二醇醚、亞乙基胺、二甘醇、三甘醇、多甘醇、羥乙基纖維素、氯化膽堿、乙二醛、乙烯碳酸酯等下游產(chǎn)品。1.3.本設(shè)計(jì)的主要思路及創(chuàng)新點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用銀作催化劑氧氣直接氧化法，對(duì)原有的單元設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)能力標(biāo)定和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)定。在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計(jì)條件，通過(guò)物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計(jì)算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)要求的反應(yīng)系統(tǒng)。2.工藝路線設(shè)計(jì)2.1.氧化反應(yīng)乙烯氧化過(guò)程，按氧化程度可分為選擇氧化（部分氧化）和深度氧化（完全氧化）兩種情況，乙烯分子中碳碳雙鍵C=C具有突出的反應(yīng)活性，在一定條件下可實(shí)現(xiàn)碳碳雙鍵選擇性氧化，生成環(huán)氧乙烷。但在通常的氧化條件下，乙烯的分子骨架容易被破壞，而發(fā)生深度氧化生成二氧化碳和水。為使乙烯氧化反應(yīng)盡可能的約束在生成目的產(chǎn)物—環(huán)氧乙烷的方向上，目前工業(yè)上乙烯直接氧化生成EO的最佳催化劑均采用銀催化劑。在銀催化劑作用下的反應(yīng)方程式如下： (1)另外，乙烯直接氧化還有副產(chǎn)物生成，其中CO2和水最多。實(shí)驗(yàn)已證明這些副產(chǎn)物以兩條不同的路線生成的。首先，乙烯直接氧化生成CO2和水并伴隨著許多壽命極短的部分氧化中間產(chǎn)物：C2H4+3O22CO2+2H2O－1308.28kJ/mol (2)這一反應(yīng)用氯化物來(lái)加以抑制，該氯化物為催化劑抑制劑即1，2—二氯乙烷（EDC），EO自身有也一定的阻止進(jìn)一步氧化的能力。 (3) (4)在反應(yīng)過(guò)程中如有堿金屬或堿土金屬存在時(shí)，將催化這一反應(yīng)。CO2還由EO氧化而得，這時(shí)它首先被異構(gòu)為乙醛，然后很快被氧化為CO2和H2O。反應(yīng)速度由EO異構(gòu)化控制。 (5) (6)反應(yīng)器副產(chǎn)物中除CO2和H2O以外還有微量的乙醛和甲醛。它們?cè)诰茊卧袕腅O和EG中分離掉，以上氧化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)。2.2.二氧化碳脫除本裝置采用碳酸鹽溶液吸收CO2，以脫除氧化反應(yīng)的副產(chǎn)物CO2，此吸收為化學(xué)吸收：K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3+26.166kJ/mol (7)應(yīng)分五步進(jìn)行：H2O=H++OH- (8)K2CO3=CO32-+2K+ (9)H++CO32-=HCO3- (10)K++HCO3-=KHCO3 (11)CO2+OH-=HCO3-速度由第五步控制，在接近大氣壓下，用蒸汽汽提富碳酸鹽液，將CO2從系統(tǒng)中解析出來(lái)，排至大氣：KHCO3→K2CO3+CO2十H2O (13)環(huán)氧乙烷（簡(jiǎn)稱EO）是最簡(jiǎn)單也是最重要的環(huán)氧化合物，在常溫下為氣體，沸點(diǎn)10.5℃?？梢耘c水、醇、醚及大多數(shù)有機(jī)溶劑以任意比混合。有毒，易自聚，尤其當(dāng)有鐵，酸，堿，醛等雜質(zhì)或高溫下更是如此，自聚時(shí)放出大量熱，甚至發(fā)生爆炸，因此存放環(huán)氧乙烷的貯槽必須清潔，并保持在0℃以下。2.3.反應(yīng)過(guò)程分析工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在銀催化劑上乙烯用空氣或純氧氧化。乙烯在Ag/α—Al2O3催化劑存在下直接氧化制取環(huán)氧乙烷的工藝，可用空氣氧化也可以用氧氣氧化，氧氣氧化法雖然安全性不如空氣氧化法好，但氧氣氧化法選擇性較好，乙烯單耗較低，催化劑的生產(chǎn)能力較大，故大規(guī)模生產(chǎn)采用氧氣氧化法。主要反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)副反應(yīng)由乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，該反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(yīng)要比乙烯環(huán)氧化反應(yīng)大十多倍。故副反應(yīng)的發(fā)生不僅使環(huán)氧乙烷的選擇性降低，而且對(duì)反映熱效應(yīng)也有很大的影響。選擇性下降，熱效應(yīng)就明顯增加，如選擇性下降移熱慢，反應(yīng)溫度就會(huì)迅速上升，甚至產(chǎn)生飛溫。所以反應(yīng)過(guò)程中選擇性的控制十分重要。2.4.催化劑的選擇環(huán)氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷是一個(gè)強(qiáng)放熱放應(yīng)，為減少深度氧化的副反應(yīng)，提高選擇性，催化劑的選擇非常重要。研究表明，只有在銀催化劑催化下乙烯的環(huán)氧化反應(yīng)才有較高的選擇性。工業(yè)上使用的銀催化劑是由活性組分，載體和助催化劑所組成。載體載體的主要功能是分散活性組分和防止銀微晶的半熔和燒結(jié)，使其活性保持穩(wěn)定。由于乙烯環(huán)氧化過(guò)程存在平行副反應(yīng)和連串副反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，又是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，故載體的表面結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)熱性能，對(duì)反應(yīng)的選擇性和催化劑顆粒內(nèi)部溫度的分布有顯著的影響。載體表面積大，活性比表面積大，催化劑活性高但也有利于乙烯完全氧化反應(yīng)的發(fā)生，甚至生成的環(huán)氧乙烷很少。載體如有空隙，由于反應(yīng)物在細(xì)空隙中的擴(kuò)散速度慢，產(chǎn)物環(huán)氧乙烷在空隙中濃度比主體濃度高，有利于連串副反應(yīng)地進(jìn)行。工業(yè)上為了控制反應(yīng)速度和選擇性，均采用低比表面積無(wú)孔隙或粗空隙惰性物質(zhì)作為載體，并要求有較好的導(dǎo)熱性能和較高的熱穩(wěn)定性。工業(yè)上常用的載體有碳化硅，α－氧化鋁和含有少量氧化硅的α－氧化鋁等。助催化劑所采用的助催化劑有堿金屬類，堿土金屬類和稀土元素化合物等。堿土金屬類中，用得最廣泛的是鋇鹽。在銀催化劑中加入少量鋇鹽，可增加催化劑的抗熔結(jié)能力，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其壽命，并可提高活性。據(jù)研究?jī)煞N或兩種以上的助催化劑起到協(xié)同作用，可提高選擇性。抑制劑在銀催化劑中加入少量硒碲氯溴等對(duì)抑制二氧化碳的生成，提高環(huán)氧乙烷的選擇性有較好的效果。工業(yè)上常在原料氣中添加微量有機(jī)氯如二氯乙烷，以提高催化劑的選擇性，調(diào)節(jié)溫度。2.5.反應(yīng)器及混合器的選擇在配制混合氣時(shí)，由于純氧加入到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中去，必須使氧和循環(huán)氣迅速混合達(dá)到安全組成，如果混合不好很可能形成氧濃度局部超過(guò)極限濃度，進(jìn)入熱交換器時(shí)易引起爆炸危險(xiǎn)。為此，混和器的設(shè)計(jì)極為重要，工業(yè)上是借多空噴射器對(duì)著混和氣流的下游將氧高速度噴射到循環(huán)氣和乙烯的混合氣中，使他們迅速進(jìn)行均勻混合。為了確保安全，需要用自動(dòng)分析檢測(cè)儀監(jiān)視，并配制自動(dòng)報(bào)警連鎖切斷系統(tǒng)，熱交換器安裝需要有防爆措施。2.6.工藝流程圖1.環(huán)氧乙烷反應(yīng)器2.熱交換器3.氣體混合器4.環(huán)氧乙烷吸收塔5.CO2吸收塔6.CO2吸收液再生塔7.解吸塔8.再吸收塔9.脫氣塔10.精餾塔11.環(huán)氧乙烷貯罐3.物料衡算3.1物性數(shù)據(jù)表3.1物性數(shù)據(jù)表序號(hào)組分分子式分子量常壓

沸點(diǎn)℃1氮?dú)釴228.0134-195.82氬氣Ar39.9480-185.873氧氣O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458環(huán)氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2設(shè)計(jì)依據(jù)1．設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)3萬(wàn)噸環(huán)氧乙烷2．高純EO收率：30%3．乙烯單程轉(zhuǎn)化率：10%4．EO的選擇性：80%5．二氧化碳的選擇性：20%6．EO吸收率：99.6%7．排空氣體比率：0.18%8．以單位時(shí)間小時(shí)作為基準(zhǔn)3.3循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算3.3.1.計(jì)算依據(jù)(1)原料氧氣組成（mol%）：:0.0100 :0.2000 :99.8000(2)原料乙烯組成（mol%）：:0.0500 :99.8500 :0.1000(3)原料甲烷組成(mol%)：:2.0000 :96.9000 :0.5000 :0.6000(4)環(huán)氧乙烷吸收塔吸收液氣比：2.00(5)二氧化碳吸收率：18.0%(6)符號(hào)說(shuō)明：進(jìn)料：F2—乙烯進(jìn)料；F1—氧氣進(jìn)料；F3—甲烷進(jìn)料；F—混合器物料；—反應(yīng)器物料；—排放物料；W—排放物產(chǎn)；R—循環(huán)物料(7)乙烯催化氧化制取環(huán)氧乙烷得物料衡算框圖FF-新鮮原料氣；MF-原料混合氣；RP-反應(yīng)混合氣；S-混合分離氣；RC-循環(huán)氣；P-產(chǎn)品環(huán)氧乙烷；W-排空廢氣；SPC-未脫除二氧化碳的循環(huán)氣；TC-脫除的二氧化碳；SRC-脫除二氧化碳的循環(huán)氣3.3.2.混合器（1）循環(huán)氣體的溫度：79.00℃壓力1.76MPa混合氣出料溫度：76.00℃壓力1.76MPa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℃。（2）環(huán)氧乙烷吸收塔吸收率（%）：氮?dú)猓?.0050 氬氣：0.0010 氧氣：0.010 甲烷：0.0100乙烯：0.0500 乙烷：0.0020 二氧化碳：1.3000 環(huán)氧乙烷：99.6000 水：65.2940 乙二醇：100.0000（3）計(jì)算過(guò)程1）計(jì)算新鮮乙烯原料中乙烯量=EQ\f(計(jì)劃任務(wù)×10000×1000,開(kāi)工率×44.0524×合成收率)==220.2620kmol/h新鮮乙烯原料中甲烷的量=新鮮乙烯原料中乙烷的量=新鮮乙烯原料的量=新鮮乙烯原料中乙烯量+新鮮乙烯原料中甲烷的量+新鮮乙烯原料中乙烷的量即：F2=220.2620+0.1103+0.0221=220.3944kmol/h設(shè)：反應(yīng)器的進(jìn)料量為MF(kmol/h)；新鮮甲烷原料量為F3；針對(duì)混合器列乙烯和甲烷的物料衡算方程，得：MF×30％=MF×30％×(1－10％)×(1－0.0005)×(1－0.0018)+220.2620+F3×0.5％(1)MF×50％=MF×50％×(1-0.0001)×(1-0.0018)+0.1103+F3×96.9％(2)由（1）（2）兩式聯(lián)立可得MF=9268.1471F3=12.24632）設(shè)循環(huán)氣中環(huán)氧乙烷的量為；反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量為；環(huán)氧乙烷的摩爾分率為；針對(duì)混合器列環(huán)氧乙烷的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中得環(huán)氧乙烷的量=反應(yīng)器中的環(huán)氧乙烷的量；==MF (3)反應(yīng)器中環(huán)氧乙烷的量：=[+0.180%](1-0.996)(1-0.0018) (4)由以上兩式得：解得：=0.00013)設(shè)：新鮮氧氣原料的量為F1（kmol/h）；針對(duì)混合器列氧氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器進(jìn)料中的氧氣量=新鮮氧氣原料中的氧氣量+循環(huán)氣中的氧氣量MF×yO2=F1×y?O2+R×y?O2循環(huán)氣中的氧氣量=反應(yīng)器中的氧氣量-反應(yīng)消耗的氧氣量-氧氣的吸收量-氧氣的排放量R×yO2=[MF×yO2-MF×yC2H4×0.1×0.8×0.5-MF×yC2H4×0.1×0.2×3]×(1-0.0001)×(1-0.0018)即：R×8.32％=F1×99.8％+[MF×8.32％－MF×30％×0.1×0.8×0.5-MF×30％×0.1×0.2×3]×(1-0.0001)×(1-0.0018)解得：F1=252.1495kmol/h4）設(shè)：環(huán)氧乙烷吸收塔吸收的二氧化碳的吸收率為；二氧化碳吸收解析塔二氧化碳的吸收率為。針對(duì)混合器列二氧化碳的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的二氧化碳的量=新鮮甲烷進(jìn)料中的二氧化碳的量+循環(huán)氣中的二氧化碳的量：。R×y?CO2=[MF×yCO2+MF×yC2H4×0.1×0.2×2]×(1-)×(1-0.0018)×(1-)即：MF×yCO2=F3×0.6％+[MF×yCO2+MF×30％×0.1×0.2×2]×(1-0.013)×(1-0.0018)×(1-0.18)解得：=0.05005）設(shè)：新鮮乙烯原料量為F2；乙烷的吸收率為，針對(duì)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：循環(huán)氣中的乙烷的量=即：解得：=0.01756）設(shè)：氮?dú)獾奈章蕿椋会槍?duì)混合器列氮?dú)獾奈锪虾馑惴匠?，得：反?yīng)器中的氮?dú)獾牧?新鮮氧氣原料中的氮?dú)獾牧?新鮮甲烷原料中的氮?dú)獾牧?循環(huán)氣中的氮?dú)獾牧浚貉h(huán)氣中氮?dú)獾牧?即解得：=0.01187）設(shè)：氬氣的吸收率為；針對(duì)混合器列氬氣的物料衡算方程，得：反應(yīng)器中的氬氣的量=新鮮氧氣原料中的氬氣的量+循環(huán)氣中的氬氣的量循環(huán)氣中的氬氣的量=即：解得：=0.0323設(shè)：水的吸收率為；循環(huán)氣中水的摩爾分率為，針對(duì)混合器列水的物料衡算方程，得：循環(huán)氣中的水的量=反應(yīng)器中的水的量+反應(yīng)生成的水的量=反應(yīng)器中水的摩爾分率：=1=1-0.5-0.3-0.0832-0.05-0.0168-0.0112-0.0323-0.0001=0.0063又有：F1+F2+F3+R=MF，即R=MF-F1-F2-F3得：R=6178.7647-252.1495-146.9295-8.1642=8657.2823kmol/h即：得：=0.00683.3.3.反應(yīng)器（1）反應(yīng)溫度為243℃，壓力為1.60MPa，反應(yīng)物料由塔頂加入。（2）計(jì)算過(guò)程（y表示MF中各個(gè)組分的摩爾分率）1）反應(yīng)器出口的乙烯的量= =8414.4025×0.3×(1-10％) =2271.8887kmol/h反應(yīng)器出口環(huán)氧乙烷= =8414.4025×0.3×10％×80％ =201.9457kmol/h3）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=8414.4025×0.3×10％×20％×2+8414.4025×8.32％=520.6833kmol/h4）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(shí)生成一摩爾的水）所以：反應(yīng)器出口= =8414.4025×0.0063+8414.4025×0.3×10％×20％×2 =244.8591kmol/h5）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－=8414.4025×0.0832－8414.4025×0.3×10％×80％×0.5－8414.4025×0.3×10％×20％×3=448.9084kmol/h6）反應(yīng)器出口氮?dú)猓瑲鍤?，甲烷，乙烷的量因?yàn)樵诜磻?yīng)器中這些物料沒(méi)有發(fā)生變化，所以其量等于進(jìn)口的量即：氮?dú)?99.1063kmol/h 氬氣=271.7852kmol/h甲烷=295407.2013kmol/h 乙烷=147.2524kmol/h4.熱量衡算(1)原料氣帶入的熱量Ql原料氣的入口溫度為423.15K，以273.15K為基準(zhǔn)溫度，則（4-4）計(jì)算結(jié)果列于表4-2中表4-1原料氣帶入的熱量組分Cp（J／mol·K)92.28450.03403.138046.89000.05602.626566.7140.07705.137544.6070.833037.158合計(jì)-1.000045.0600由計(jì)算結(jié)果可知（4-5）由公式4-5可得=12621.60375×30.040×(483.15-273.15)=4.155×107kJ/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)：（4-6）副反應(yīng)：（4-7）則主反應(yīng)的放的熱量為：副反應(yīng)的放熱量為:總反應(yīng)熱為：(3)氧化氣帶出的熱量Q3氧化氣出口溫度為507.15K，以273.15K為基準(zhǔn)溫度，則（4-8）（4-9）由公式4-7可得=4373.8786×30.912×234=5.0724×107kJ/h(4)反應(yīng)器的散熱量Q4Q1+Q2=Q3+Q4（4-10）可得反應(yīng)器散熱量Q4=Q1+Q2－Q3＝(4.155+2.3229－5.0724)×107=1.4055×107kJ/h5.乙烯氧化固定床列管反應(yīng)器計(jì)算5.1.反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上，可以對(duì)反應(yīng)部分主要設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：3萬(wàn)噸/年；生產(chǎn)過(guò)程安全系數(shù)：1.04；本設(shè)計(jì)采用一臺(tái)反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。已知：(1)每小時(shí)輸入的原料氣量總為12621.6038kmol/h；(2)以銀為催化劑，顆粒為球形，d=5mm，空隙率；(3)反應(yīng)溫度為234℃，操作壓力為1.6MPa，空速為4000/h；(4)反應(yīng)器列管規(guī)格為Φ44.9×3mm；(5)反應(yīng)熱用水帶走，導(dǎo)出水進(jìn)口溫度210℃，導(dǎo)出水溫度220℃；(6)原料氣進(jìn)口溫度為150℃，氧化氣出口溫度為234℃。(7)計(jì)算催化劑床層體積進(jìn)入反應(yīng)器的氣體總流量為12621.6038kmol/h給定空速為4000/h5.2確定氧化反應(yīng)器的基本尺寸對(duì)于列管式固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇Φ44.9×3mm的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格[20]，再求出反應(yīng)管根數(shù)n。反應(yīng)管內(nèi)徑：di=44.9-3×2=38.9mm=0.0389m反應(yīng)管根數(shù)n（5-10）由公式(5-10)可得根經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為4091根。5.3床層壓力降的計(jì)算可查得如下計(jì)算公式：（5-11）式中?P—床層壓力降，；H—催化劑床層高度，m：G—質(zhì)量流速，kg/m2.s；—?dú)怏w密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2；—固定床空隙率；—催化劑顆粒當(dāng)量直徑，m；—?dú)怏w粘度，Pa·S或(kg/m·s)；本次設(shè)計(jì)所選用的催化劑為d=5mm的球型，計(jì)算其直徑為由式5-11得5.4傳熱面積的核算對(duì)數(shù)平均溫差公式為（5-1）導(dǎo)入溫度導(dǎo)出溫度原料入口溫度反應(yīng)出口溫度溫度℃210220150234換熱介質(zhì)采用逆流，則由5-1得又（5-13）則有又（5-14）則有可知A實(shí)>A需，即實(shí)際傳熱面積大于按傳熱計(jì)算所需的傳熱面積，所以設(shè)計(jì)符合要求。5.5反應(yīng)器塔徑的確定查得塔經(jīng)的計(jì)算公式[20]：（5-15）式中D—?dú)んw內(nèi)徑，m；t—管中心距，m；—橫過(guò)管中心線的管數(shù)；—管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離；一般取，取橫過(guò)管中心線的管數(shù)為（5-16）由公式5-16，可得所以，由公式5-15可得本反應(yīng)器取最小壁厚為20mm，故外徑為。故取反應(yīng)器外徑為3827mm。5-2氧化反應(yīng)器的參數(shù)名稱數(shù)據(jù)原料進(jìn)料量，kmol/h8414.4025產(chǎn)品產(chǎn)量，噸/年30000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(tái)數(shù)，臺(tái)1氧化反應(yīng)器直徑，mm3827列管根數(shù)，根4091列管尺寸，mm38.9×3氧化反應(yīng)器高度，mm12190換熱面積，m2570.29346.各組分吸收情況計(jì)算6.1.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1.45MPa。（2）各組分的吸收率（%）：氮?dú)猓?.0050 氬氣：0.0010 氧氣：0.0100 甲烷：0.0100乙烯：0.0500 乙烷：0.0020 二氧化碳：1.3000 環(huán)氧乙烷：99.6000水：65.2940 （3）EO吸收塔吸收液汽比=2.0（4）計(jì)算過(guò)程（y表示RF中的摩爾分率，為吸收率）1）氣體中各個(gè)組分的量a)出口環(huán)氧乙烷的量=進(jìn)入吸收塔的環(huán)氧乙烷量（1-環(huán)氧乙烷的吸收率） =RFEO×(1－αEO) =223.55055×(1-99.6％)=0.8942kmol/hb)出口乙烯的量= =RFC2H4O×(1－αC2H4O) =3596.9021×(1-0.05％)=3417.0570kmol/hc)出口的二氧化碳的量==RFCO2×(1－αCO2)=846.9705×(1-1.30％)=770.8716kmol/hd)出口的氧氣的量= =RFO2×(1－αO2) =680.5901×(1-0.01％)=673.2953kmol/he)出口的甲烷的量= =RFCH4×(1－αCH4) =680.2076×(1-0.01％)=680.1396kmol/hf)出口的乙烷的量 = =RFC2H4×(1－αC2H4) =224.0056×(1-0.002％)=220.4716kmol/hg)出口的氮?dú)獾牧? =RFN2×(1－αN2) =150.6738×(1-0.005％)=148.6519kmol/hh)出口的水蒸氣的量==RFH2O×(1－αH2O)=168.6381×(1-65.294％)=127.4738kmol/h2)吸收劑的用量H(采用純水做吸收劑)EO吸收塔吸收液汽比L/V=2.0塔內(nèi)氣體的平均流率V=塔內(nèi)液體的平均流率L=即：吸收劑的用量=[（進(jìn)料量+塔頂出口氣體量）液氣比-被吸收的量]/2得：吸收劑用量H=[(6110.5386+5882.1639)3-(6110.5386-588.1479)]1.5/2解得:H=23277.7726kmol/h3）富液中各個(gè)組分的量a)環(huán)氧乙烷的量=進(jìn)入吸收塔環(huán)氧乙烷量×環(huán)氧乙烷的吸收率 =RFEO×αEO =223.5566×99.6％=222.6564