制備鄰苯二甲酸酐的反應(yīng)器設(shè)計

1、制備鄰苯二甲酸酐的反應(yīng)器設(shè)計任務(wù)書 在管式反應(yīng)器中進行的鄰二甲苯催化氧化制鄰苯二甲酸酐是強放熱反應(yīng)過程，催化劑為V2O5，以有催化作用的硅膠為載體?；钚詼囟确秶?610700K粒徑： dP=3mm堆積密度： B=1300kg.m-3 催化劑有效因子： =0.67反應(yīng)器管長： L=3m管內(nèi)徑： dt=25mm管數(shù)： n=2500根由鄰苯二甲酸酐產(chǎn)量推算，原料氣體混合物單管入口質(zhì)量流速:G=9200kg.m-2h-1。烴在進入反應(yīng)器之前蒸發(fā)，并與空氣混合。為保持在爆炸極限以外，控制鄰二甲苯的摩爾分數(shù)低于1。操作壓力接近常壓：p=1267kPa。原料氣中鄰二甲苯的初摩爾分數(shù)： yA0=0.9空氣的

2、初摩爾分數(shù)： yB0=99.1混合氣平均相對分子質(zhì)量：M-1混合氣平均熱容：cP-1K-1混合氣入口溫度：640-650K化學(xué)反應(yīng)式：反應(yīng)速率方程： （p是什么單位？） （k的單位是什么？）設(shè)計要求 按一維擬均相理想流模型分別測算在絕熱式反應(yīng)器和換熱式反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率分布、溫度分布，并繪制L-xA-T分布曲線。在換熱條件下，反應(yīng)器管間用熔鹽循環(huán)冷卻，并將熱量傳遞給外部鍋爐。管間熱載體熔鹽溫度范圍630650K。床層對流給熱系數(shù)hW=561kJ.m-2h-1K-1顆粒的有效導(dǎo)熱系數(shù)e-1h-1K-1解:以A表示鄰二甲苯,對鄰二甲苯作物料衡算得:式中rA為鄰二甲苯的反應(yīng)速率,因鄰二甲苯含量很小,系

3、統(tǒng)總摩爾數(shù)可看作成恒定不變,Ft是常數(shù)且等于Ft0,故有:因 ，則有：而 （1）已知數(shù)據(jù): 因鄰二甲苯含量很小,氧氣的含量很多，可以認為等于為O2的初始分壓 將已知數(shù)據(jù)代入(1)式得: （2） 式(2)便是物料衡算方程,式中PA的單位是Pa.絕熱條件下的熱量衡算方程: （3）已知數(shù)據(jù): Cpt=1.071kJ/kg·K Hr=1285kJ/mol=1.285×106kJ/kmol，代入(3)式有: （4）(4)式pA中的單位是Pa.由式(2),(4)常微分方程組,可得： 初值條件為: l=0；T=640K; PA=yA0Pt=0.009×1.276×10

4、5=1148.4Pa.催化劑的最高溫度是700K，PA最小為956.16Pa。xA=16.74%，轉(zhuǎn)化率太小不能滿足生產(chǎn)的要求，應(yīng)該采用換熱器及時的移出反應(yīng)熱，防止溫度過高使催化劑失活。換熱條件下的熱量衡算： （5）總傳熱系數(shù)的計算： (老師為什么b這么大?)已知數(shù)據(jù): Cp=1.071kJ/kg·K Hr=1285kJ/mol=1.285×106kJ/kmol，U=69.8w/m2K=2.513×102kJ/m2hK.（文獻得）代入(5)式有: （6）(6)式pA中的單位是Pa,式(2), (6)是一常微分方程組,可采用數(shù)值解法,初值條件為:l=0；T=640K; PA=yA0Pt=0.009×1.276×105=1148.4Pa.由此可以做出T-l-x的圖：-dpA=114.8Pa 假設(shè)T=655K d