環(huán)氧乙烷固定床反應(yīng)器物量衡算

1、摘 要綜述了環(huán)氧乙烷的性質(zhì)、用途及生產(chǎn)方法。簡介了直接氧化法合成環(huán)氧乙烷的方法及反應(yīng)原理。以年產(chǎn)l.5萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器設(shè)計為例，介紹固定床反應(yīng)器工藝計算和結(jié)構(gòu)計算情況。 根據(jù)設(shè)計條件和要求，通過物料恒算、熱量恒算及其他工藝計算設(shè)計出年產(chǎn)l.5萬噸環(huán)氧乙烷的固定床反應(yīng)器，并確定反應(yīng)器的選型和尺寸，計算壓降，催化劑用量等，設(shè)計出符合要求的反應(yīng)器。關(guān)鍵詞 環(huán)氧乙烷；固定床反應(yīng)器；物量衡算；能量衡算Abstract The nature use and production methods of Oxirane were simply introduced. Introduced direc

2、t oxidation synthesis methods of epoxy ethane and reaction principle.With fixed-bed reactor for producing Oxirane with an annual output of 15000 tons as example，the cajculation situations of process of fixed-bed reactor were introduced.In the design，wemainly calculated the process parameter and the

3、size of the oxidized reactor. According to the design conditions and requirements，through constant calculate, heat material constant calculate and other process calculation designed annual l5,000 tons of epoxy ethane fixed-bed reactor, and determined the reactor selection and size, calculate pressur

4、e drop, catalyst etc, designed to meet the requirements of the reactor.Keywords Oxirane ,Fixed-bed reactor,material balance, heat balance 第1章 概述氯乙烯又名乙烯基氯（Vinyl chloride）是一種應(yīng)用于高分子化工的重要的單體，可由乙烯或乙炔制得。1835年法國人V.勒尼奧用氫氧化鉀在乙醇溶液中處理二氯乙烷首先得到氯乙烯。20世紀30年代，德國格里斯海姆電子公司基于氯化氫與乙炔加成，首先實現(xiàn)了氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)。初期，氯乙烯采用電石，乙炔與氯化氫催化加

5、成的方法生產(chǎn)，簡稱乙炔法。以后，隨著石油化工的發(fā)展，氯乙烯的合成迅速轉(zhuǎn)向以乙烯為原料的工藝路線。1940年，美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了二氯乙烷法。為了平衡氯氣的利用，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司又開發(fā)了將乙炔法和二氯乙烷法聯(lián)合生產(chǎn)氯乙烯的聯(lián)合法。1960年，美國陶氏化學(xué)公司開發(fā)了乙烯經(jīng)氧氯化合成氯乙烯的方法，并和二氯乙烷法配合，開發(fā)成以乙烯為原料生產(chǎn)氯乙烯的完整方法，此法得到了迅速發(fā)展。本設(shè)計采用乙炔法，在此基礎(chǔ)上，查閱了大量資料，根據(jù)設(shè)計條件，通過物料衡算、熱量衡算、反應(yīng)器的選型及尺寸的確定，計算壓降、催化劑的用量等，設(shè)計出符合設(shè)計要求的反應(yīng)器。第2章 環(huán)氧乙烷的性質(zhì)2.1 物理性質(zhì)表1-1氯乙烯的主

6、要物理性質(zhì) 參數(shù)名稱數(shù)值沸點(101.3kPa)， -13.9熔點(101.3l(Pa)，-159.7臨界溫度，142臨界壓力，Mpa 5.25空氣中爆炸極限(101.3kPa)，(體積)下限3.6空氣中爆炸極限(101.3kPa)，(體積)上限33熱導(dǎo)率(25)，J/(cm.s.K)0.0001239 氯乙烯為無色、易液化氣體在壓力下更易爆炸，貯運時必須注意容器的密閉及氮封，并應(yīng)添加少量阻聚劑。主要物理性質(zhì)如表1。2.2 化學(xué)性質(zhì)氯乙烯的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能與很多化合物進行反應(yīng)，其反應(yīng)主要是氯乙烯與其它化合物進行加成反應(yīng)，放出大量反應(yīng)熱，有的反應(yīng)進行得非常劇烈，甚至產(chǎn)生爆炸。許多反應(yīng)產(chǎn)物是重

7、要的有機化工及精細化工產(chǎn)品。（1） 催化加氫氯乙烯在鉑、鈀或鎳等金屬催化劑的存在下，可以與氫加成二生成烷烴。（2） 加成反應(yīng)氯乙烯與含有活潑氫原子的化合物，如H20、HX、NH3、RNH2、R2NH、RCOOH、ROH、RSH、HCN等進行加成反應(yīng)，生產(chǎn)含OH的化合物(其中X為鹵素，R為烷基或芳基)。與鹵化氫的加成氯乙烯可以與鹵化氫再爽檢出發(fā)生加成作用，生成2-氯乙烷。與的加成氯乙烯可以與濃硫酸反應(yīng)，生成氯乙烷基硫酸。與水的加成在一般情況下，由于水中之子濃度太低，水不能直接與氯乙烯加成。但在酸的催化下，水也可以與氯乙烯加成而的醇。與鹵素反應(yīng)氯乙烯容易與氯或溴發(fā)生加成反應(yīng)。碘一般不與氯乙烯發(fā)生反

8、應(yīng)。氟與氯乙烯的反應(yīng)太劇烈，往往得到碳鏈斷裂的各種產(chǎn)物，毫無實際意義。(3) 氧化反應(yīng)氯乙烯易被氧化。按所用氧化劑和反應(yīng)條件的不同，主要在雙鍵位置上發(fā)生反應(yīng)，得到各種氧化產(chǎn)物。空氣氧化催化 工業(yè)上，在銀或氧化銀催化劑的作用下，氯乙烯可被空氣氧化為1-氯環(huán)氧乙烷。高錳酸鉀氧化稀的高錳酸鉀溶液在低溫時即可氧化氯乙烯，使在雙鍵位置引入2個順式的羥基，生成連二醇。如果用酸性高錳酸鉀溶液，濃度很高或者過量太多，則可以使生成的二醇繼續(xù)氧化，進而生成氯甲酸和二氧化碳。（4） 臭氧化反應(yīng) 將含有臭氧的空氣與氯乙烯混合，臭氧即和氯乙烯作用，生成臭氧化物。某些臭氧化物在加熱的情況下易發(fā)生爆炸，但一般可以不經(jīng)分離而

9、進行下一步水解反應(yīng)。臭氧化物和水作用即水解為醛或酮。 （5）聚合反應(yīng) 氯乙烯可以在引發(fā)劑或催化劑的作用下，雙鍵斷裂而相互加成，得到聚氯乙烯。聚氯乙烯耐酸，耐堿，抗腐蝕，具有良好的電絕緣性，它是目前大量生產(chǎn)的優(yōu)良高分子材料。第三章 設(shè)計方案的確定3.1 氯乙烯的生產(chǎn)方法的確定我國生產(chǎn)氯乙烯的方法主要由以下幾種（1）工業(yè)生產(chǎn)氯乙烯的主要方法。分三步進行：第一步乙烯氯化生成二氯乙烷；第二步二氯乙烷熱裂解為氯乙烯及氯化氫；第三步乙烯、氯化氫和氧發(fā)生氧氯化反應(yīng)生成二氯乙烷。乙烯氯化乙烯和氯加成反應(yīng)在液相中進行：CH2=CH2 +Cl2CH2ClCH2Cl采用三氯化鐵或氯化銅等作催化劑，產(chǎn)品二氯乙烷為反應(yīng)

10、介質(zhì)。反應(yīng)熱可通過冷卻水或產(chǎn)品二氯乙烷汽化來移出。反應(yīng)溫度40110，壓力0.150.30MPa，乙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性均在99%以上。二氯乙烷熱裂解生成氯乙烯的反應(yīng)式為：ClCH2CH2ClCH2=CHCl +HCl反應(yīng)是強烈的吸熱反應(yīng)，在管式裂解爐中進行，反應(yīng)溫度500550，壓力0.61.5MPa；控制二氯乙烷單程轉(zhuǎn)化率為50%70%，以抑制副反應(yīng)的進行。主要副反應(yīng)為：CH2=CHClHCCH+ HClCH2=CHCl+ HClClCH2CH2ClClCH2CH2Cl2CH2 +2HCl裂解產(chǎn)物進入淬冷塔，用循環(huán)的二氯乙烷冷卻，以避免繼續(xù)發(fā)生副反應(yīng)。產(chǎn)物溫度冷卻到50150后，進入脫氯化氫

11、塔。塔底為氯乙烯和二氯乙烷的混合物，通過氯乙烯精餾塔精餾，由塔頂獲得高純度氯乙烯，塔底重組分主要為未反應(yīng)的粗二氯乙烷，經(jīng)精餾除去不純物后，仍作熱裂解原料。氧氯化反應(yīng)以載在氧化鋁上的氯化銅為催化劑，以堿金屬或堿土金屬鹽為助催化劑。主反應(yīng)式為：CH2=CH2 +2HCl+1/2 O2ClCH2CH2Cl+ H2O（2）乙炔法在氯化汞催化劑存在下，乙炔與氯化氫加成直接合成氯乙烯：CHCH+HClCH2=CHCl其過程可分為乙炔的制取和精制，氯乙烯的合成以及產(chǎn)物精制三部分。在乙炔發(fā)生器中，電石與水反應(yīng)產(chǎn)生乙炔，經(jīng)精制并與氯化氫混合、干燥后進入列管式反應(yīng)器。管內(nèi)裝有以活性炭為載體的氯化汞（含量一般為載體

12、質(zhì)量的10%）催化劑。反應(yīng)在常壓下進行，管外用加壓循環(huán)熱水（97105）冷卻，以除去反應(yīng)熱，并使床層溫度控制在180200。乙炔轉(zhuǎn)化率達99%，氯乙烯收率在95%以上。副產(chǎn)物是1，1-二氯乙烷（約1%），也有少量乙烯基乙炔、二氯乙烯、三氯乙烷等。此法工藝和設(shè)備簡單，投資低，收率高；但能耗大，原料成本高，催化劑汞鹽毒性大，并受到安全生產(chǎn)、保護環(huán)境等條件限制，不宜大規(guī)模生產(chǎn)。（3）乙烯直接氯化法這是石油化工發(fā)展后以石油為基礎(chǔ)開發(fā)的生產(chǎn)工藝。此法的最大缺點是伴隨反應(yīng)生成了大量的1,2-二氯乙烷，產(chǎn)率較低。CH2=CH2+Cl2CH2=CHCl+HCl（4）乙烯氯化裂解法這是為解決乙烯直接氯化法存在的

13、問題而開發(fā)的生產(chǎn)工藝，此法產(chǎn)率高。CH2=CH2+Cl2CH2ClCH2ClCH2ClCH2ClCH2=CHCl+HCl乙烯氯化平衡法比較乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法，可以發(fā)現(xiàn)，乙烯氯化裂解法產(chǎn)生氯化氫，乙烯氧氯化法消耗氯化氫。如果將兩種方法結(jié)合起來，讓乙烯氯化裂解法和乙烯氧氯化法的第一步按照一定的比例生產(chǎn)，可以使氯化氫變?yōu)橹虚g產(chǎn)物，這是世界上生產(chǎn)氯乙烯的主要方法。不久的將來，我國的氯乙烯生產(chǎn)將主要采用這種方法。混合烯炔法該法是以石油烴高溫裂解所得的乙炔和乙烯混合氣（接近等摩爾比）為原料，與氯化氫一起通過氯化汞催化劑床層，使氯化氫選擇性地與乙炔加成，產(chǎn)生氯乙烯。分離氯乙烯后，把含有乙烯的殘余氣

14、體與氯氣混合，進行反應(yīng)，生成二氯乙烷。經(jīng)分離精制后的二氯乙烷，熱裂解成氯乙烯及氯化氫。氯化氫再循環(huán)用于混合氣中乙炔的加成。本設(shè)計采用的是乙炔法。3.2 催化劑的選擇乙炔法生產(chǎn)氯乙烯的關(guān)鍵是催化劑的選擇。雖然大多數(shù)金屬和金屬氧化物催化劑都能使乙炔發(fā)生加成反應(yīng)，但是生成氯乙烯的選擇性很差。只有銀催化劑例外，在氧化汞催化劑上乙炔能選擇性地與氯化氫加成而得到氯乙烯，該催化劑在選擇性、強度、熱穩(wěn)定性和壽命等方面都有一定的特色。3.3 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)工藝條件的確定氯乙烯的生產(chǎn)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、原料配比和循環(huán)比等工藝條件的制約。3.3.1 反應(yīng)溫度溫度直接影響化學(xué)反應(yīng)速度，在工業(yè)生產(chǎn)

15、中，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)過程的具體情況，采取相應(yīng)措施，使反應(yīng)溫度控制在適宜范圍之內(nèi)，以期獲得較高的收率。乙炔與氯化氫反應(yīng)生成氯乙烯的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故反應(yīng)溫度的控制極為關(guān)鍵。在反應(yīng)初期，應(yīng)提高溫度，加快乙炔與氯化氫的反應(yīng)速度，保證反應(yīng)的快速進行。當溫度提高到一定程度時，為了提高氯乙烯的產(chǎn)率，此時應(yīng)將低溫度。3.3.2 反應(yīng)壓力乙炔加成反應(yīng)過程，主反應(yīng)是體積減少的反應(yīng)，副反應(yīng)是體積不變的反應(yīng)。因此，采用加壓操作有利。因主、副反應(yīng)基本上都是不可逆反應(yīng)，故壓力對主、副反應(yīng)的平衡沒有太大影響。目前，工業(yè)生產(chǎn)上采用加壓操作不是出于化學(xué)平衡的需要，其目的是提高乙炔和氯化氫的分壓，加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)器單位容積的產(chǎn)

16、率，以強化生產(chǎn)。但應(yīng)看到，由于提高反應(yīng)壓力，反應(yīng)速度加快，相應(yīng)就要提高反應(yīng)器的換熱速率，這樣對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)就提出更高的要求。3.3.3 空速空間速度簡稱空速，所謂空速是指單位時間內(nèi)，通過單位體積催化劑的反應(yīng)物的體積數(shù)量。通常用每小時每升(或m3)催化劑通過的原料氣的升(或m3)數(shù)來表示。對于乙炔加成過程，實踐證明，提高空速，轉(zhuǎn)化率會略有下降，而選擇性將有所上升，在一定范圍內(nèi)提高空速可提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。但空速也不宜太高，因此雖然產(chǎn)量提高，然而環(huán)氧乙烷在反應(yīng)氣體中的含量很低，造成分離困難，動力消耗增加。空速也不宜太低，因此時雖然轉(zhuǎn)化率增加，但選擇性下降，生產(chǎn)能力也下降。另外，空速大小還要根據(jù)催化

17、劑的活性及制造方法、反應(yīng)溫度、壓力和反應(yīng)氣體的組成等因素而定。3.3.4 原料配比 原料中乙炔與氯化氫的配比對反應(yīng)過程影響很大，其值主要決定于原料混合氣的爆炸極限。在混合氣體中乙炔的爆炸下限是3.6，在3.633的乙炔濃度范圍內(nèi)氯化氫含量不得大于71。實際生產(chǎn)中一種是選取低氯化氫高乙炔配比，另一種是高氯化氫低乙炔配比。本設(shè)計乙炔和氯化氫的配比為1:1.1。3.3.5 穩(wěn)定劑的選擇世界上生產(chǎn)氯乙烯的專利很多，使用的致穩(wěn)劑有：氮氣、甲烷、二氧化碳、乙烷等。選擇致穩(wěn)劑需要根據(jù)生產(chǎn)安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益情況來確定。目前世界上環(huán)氧乙烷專利商都先后將氮氣致穩(wěn)更新為甲烷致穩(wěn)。它與氮氣致穩(wěn)相比，不僅增加了生

18、產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和安全性，而且有顯著的經(jīng)濟效益。3.4 環(huán)氧乙烷生產(chǎn)的工藝流程氯乙烯生產(chǎn)裝置的主要設(shè)備有反應(yīng)器、吸收塔、反應(yīng)系統(tǒng)的氣-氣換熱器和循環(huán)氣冷卻器。其設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)8萬噸環(huán)氯乙烯，設(shè)計運轉(zhuǎn)時間為7200小時年。3.4.1 工藝流程概述第4章 工藝計算工藝參數(shù)計算包括物料衡算和熱量衡算兩部分。物料衡算以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)，主要計算所需物料量和產(chǎn)品量，還可以算出物料的組成，確定物料中各組分在化學(xué)反應(yīng)過程中的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，并通過衡算求得原料的定額消耗。其計算依據(jù)是工藝流程圖、在工廠采集的數(shù)據(jù)及設(shè)計時要求的和查得的各種參數(shù)。 熱量衡算以能量守恒定律及物料衡算為基礎(chǔ)，計算傳入、傳出的熱量，從

19、而確定公用工程的能耗以及傳熱面積。其計算依據(jù)與物料衡算相同。4、1 反應(yīng)的設(shè)計條件年產(chǎn)量12萬噸/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(yīng)設(shè)計條件：乙炔氣/氯化氫=1:1.1，空速40，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(shè)110，進口水溫97，出口水溫102，不急熱損失，導(dǎo)出液對管壁的傳熱系數(shù)為：催化劑為圓柱狀，3mm×6mm，床層空

20、隙率為0.50.8，反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長的95%，每根管長3000mm,轉(zhuǎn)化器的直徑有2400、3000、3200.4、2 反應(yīng)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(yīng)方程式可表示為：主反應(yīng)：+124.8kJ/mol副反應(yīng)：4、3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(yīng)部分的基礎(chǔ)計算由乙炔氣/氯化氫=1:1.1，以進料氣中乙炔氣為100

21、kmol/h為基準，則氯化氫為110kmol/h。由此易得：表43 原料混合氣的組成組分總量kmol/h99.0600108.5482.2860.106210.0000根據(jù)反應(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)器出口的氣體量。主反應(yīng)：副反應(yīng)：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(yīng)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：99.0600×68%=67.3608kmol/h由反應(yīng)式有消耗乙炔量：99.0600×68%×99

22、%=66.6872kmol/h生成VC量：66.6872kmol/h消耗氯化氫量：66.6872kmol/h由反應(yīng)式有消耗乙炔量：99.0600×68%×0.9%=0.6062kmol/h生成二氯乙烷量：0.6062kmol/h消耗氯化氫量：2×0.6062=1.2125kmol/h則可知未反應(yīng)的乙炔量：99.060067.3608=31.6992kol/h未反應(yīng)的氯化氫量：108.54866.68721.2125=40.6483kmol/h氮氣在反應(yīng)中不發(fā)生反應(yīng)，所以第一次反應(yīng)后出口氣體中各組分的量如表44所示。表44 第一個反應(yīng)器入口和出口的氣體量（kmol/

23、h)組分氯乙烯二氯乙烷入口99.0600108.5482.26080.10600出口31.699240.64832.26080.10666.68720.6062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(yīng)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：99.0600×97.6%=96.6826kmol/h由反應(yīng)式有消耗乙炔量：99.0600×97.6%×99%=95.7157kmol/h生成VC量：95.71

24、57kmol/h消耗氯化氫量：95.7157kmol/h由反應(yīng)式有消耗乙炔量：99.0600×97.6%×0.9%=0.8701kmol/h生成二氯乙烷量：0.8701kmol/h消耗氯化氫量：2×0.8701=1.7403kmol/h則可知未反應(yīng)的乙炔量：99.060096.6826=2.3774kol/h未反應(yīng)的氯化氫量：108.54895.71571.7403=11.092kmol/h出反應(yīng)器的水蒸汽量：0.106氮氣在反應(yīng)中不發(fā)生反應(yīng)，所以第二個反應(yīng)器反應(yīng)后出口氣體中各組分的量如表45所示。表45 第二個反應(yīng)器入口和出口的組成組成氯乙烯二氯乙烷入口31.6

25、99240.64832.26080.10666.68720.6062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100kmol/h,可生產(chǎn)氯乙烯95.7157kmol/h.若要達到266.67kmol/h的氯乙烯生產(chǎn)能力，則進料氣中乙炔氣體為266.67*100/95.7157=278.60kmol摩爾流量表組分氯乙烯二氯乙烷總進料278.60 305.286.429 0.298 0.0000 0.0000 590.67 轉(zhuǎn)化后89.152114.326.3583 0.2983185.86 1.704

26、9 397.6935 出料6.6862 31.195 6.3580.298 266.672.447313.6542質(zhì)量流量表組分氯乙烯二氯乙烷總進料7243.611142.72180.0125.3640018571.7轉(zhuǎn)化后2317.9524172.68178.03245.369411616.25165.375318455.66出料173.84121138.618178.0245.36416666.88237.35918400.08摩爾流量表組分氯乙烯二氯乙烷總進料0.4716680.5168370.0108840.000505001轉(zhuǎn)化后0.2241730.2874580.0159880.0

27、00750.4673450.0042871出料0.0213170.0994570.0202710.000950.8502040.00780214、4 反應(yīng)器的熱量衡算設(shè)原料氣帶入的熱量為,反應(yīng)器出料帶出的熱量，反應(yīng)熱，反應(yīng)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(yīng)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(jié)果列于表410中。表410 原料氣帶入的熱量

28、組分合計47.95529.59829.81175.5100.4717 0.5169 0.0109 0.00051.000022.6213.2310.3250.037836.2138由計算結(jié)果可知 （43）由公式43可得反應(yīng)熱在操作條件下，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為主反應(yīng)： （44）副反應(yīng)： （45）則主反應(yīng)的放熱量為：副反應(yīng)的放熱量為：總反應(yīng)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(jié)果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19468.34889.1290.2242 0.2875 0.

29、0161 0.0007 0.4673 0.0043 1.000011.05018.4470.47090.053331.9390.383352.3437由計算結(jié)果可知 （48）由公式48可得反應(yīng)器的撤熱量 (49)可得反應(yīng)器的撤熱量：（2） 反應(yīng)器二原料氣帶入的熱量原料氣的入口溫度為383.15K，以273.15K為基準溫度，則 （42）計算結(jié)果列于表412中。組氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19468.34889.1290.2242 0.2875 0.0161 0.0007 0.4673 0.0043 1.000011.05018.447040.470890.05

30、33431.9390.3832552.3437由計算結(jié)果可知 （48）由公式48可反應(yīng)熱在操作條件下，主副反應(yīng)的熱效應(yīng)分別為主反應(yīng)： （44）副反應(yīng)： （45）則主反應(yīng)的放熱量為：副反應(yīng)的放熱量為：總反應(yīng)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(jié)果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計49.28729.38129.24876.19465.34889.1290.0213 0.0995 0.0203 0.0009 0.8502 0.0078 1.0000 1.04982.923410.593730.0685755.560.6

31、95260.89由計算結(jié)果可知 （48） 反應(yīng)器的撤熱量 (49)可得反應(yīng)器的撤熱量：第五章 反應(yīng)器的設(shè)計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)進行優(yōu)化計算。這一部分主要是反應(yīng)器的工藝參數(shù)優(yōu)化。5、1 催化劑的用量催化劑總體積是決定反應(yīng)器主要尺寸的基本依據(jù)，其計算公式如下所示（由化工設(shè)計手冊可查）： （51）式中進料氣流量，；空速，。反應(yīng)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(xué)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（5

32、4）計算結(jié)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52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8.032 7.364 3.537 10.712 12.733 17.125 6.7513.243 9.820 11.673 15.700 1.558 4.718

33、5.608 7.542 14.28516.981 22.838 氯乙烯20.18527.148 二氯乙烷36.512由計算結(jié)果可知 代入式52有運用直接迭代法，查化工熱力學(xué)可知RK方程的直接迭代方程為 （58)以迭代的結(jié)果如表53表54 迭代結(jié)果0.028980 0.028902 0.028901 0.028901 有所以，由公式（51）得（2） 反應(yīng)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(yīng)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(xué)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

34、（57)其中先求和由表51知各物質(zhì)的和代入（53）和（54）計算結(jié)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

35、7.542 6.140 14.28516.981 22.838 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(jié)果可知代入式52有運用直接迭代法，查化工熱力學(xué)可知RK方程的直接迭代方程為 （58)以迭代的結(jié)果如表53表54 迭代結(jié)果0.031440 0.031325 0.031325 有所以，由公式（51）得(2) 反應(yīng)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5、2 確定反應(yīng)器的基本尺寸由于直徑比目前工業(yè)上用的反應(yīng)管（57×3.5mm)小的管子（38×3.0mm）做反應(yīng)管，在未改變生

36、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38×3.0mm的反應(yīng)管。對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38×3.0mm的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格，再求出反應(yīng)管根數(shù)n。反應(yīng)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(yīng)管根數(shù): （510）反應(yīng)器一：經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為186186根。反應(yīng)器二：經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為135854根。5、3 床層壓力降的計算由化學(xué)反應(yīng)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

37、粘度，和；由附錄一的相關(guān)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353.15K120.55172.51198.52355122.70110.45102.78383.15K129.75187.14210.15258.9132.80120.01111.21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(shè)計所選用的催化劑為圓柱狀，3mm×6mm，則其當量直徑為：反應(yīng)器一：平均黏度空隙率取0.8，由式511得反應(yīng)器二：空隙率取0.8，由式511得5·4 傳熱面積的核算5、4、1 床層對壁面的給熱系數(shù)對于反應(yīng)器，催化劑床層是被冷卻的。此時催化床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給熱系數(shù)，可用下