工藝計(jì)算更改數(shù)據(jù)2 - 副本概要

1、工藝計(jì)算41 反應(yīng)的設(shè)計(jì)條件年產(chǎn)量：20萬噸/年，年工作日：300天（即年工作日7200小時(shí)）原料組成（wt%)乙炔氣（wt%)：氯化氫（wt%)：合成反應(yīng)設(shè)計(jì)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(jìn)料溫度80，轉(zhuǎn)化后溫度110；二次轉(zhuǎn)化率28.6%，溫度為140，進(jìn)料和出料溫度設(shè)110，進(jìn)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，3mm6mm，床層空隙率為0.50.8，反應(yīng)器內(nèi)催化劑填充高度為管長的95%，每根管

2、長3000mm,轉(zhuǎn)化器的直徑有2400、3000、3200.42 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)：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(yīng)部分的基礎(chǔ)計(jì)算由乙炔氣/氯化氫=1:1.1，以進(jìn)料氣中乙炔氣為100kmol/h為基準(zhǔn)，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(yīng)方程式及已知數(shù)據(jù)，計(jì)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(jìn)入反應(yīng)器的乙炔量為99.0600kmol/h,氯化氫108.548kmol/h，氮?dú)?.286kmol/h，水0.106kmol/h，所以消耗乙炔量：99.060068%=67.3608kmol/h由反應(yīng)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(yīng)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(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?dú)庠诜磻?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 反應(yīng)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(jìn)入反應(yīng)器的乙炔量為99.0600kmol/h,氯化氫108.548kmol/h，氮?dú)?.2608kmol/h，水0.106kmol/h，所以消耗乙炔量：99.060097.6%=96.6826kmol/h由反應(yīng)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(yīng)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(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?dú)庠诜磻?yīng)中不發(fā)生反應(yīng)，所以第二個(gè)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(gè)反應(yīng)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(shí)際裝置每小時(shí)生產(chǎn)的氯乙烯可折算為綜上所述，進(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)器的熱量衡算設(shè)原

9、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(dāng)忽略熱損失時(shí)，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(zhǔn)溫度，則 （42）計(jì)算結(jié)果列于表410中。表410 原料氣帶入的熱量組分合計(jì)47.95529.59829.81175.5100.4717 0.5169 0.0109 0.00051.000022.841014.92880.3250.037

10、838.1326由計(jì)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(zhǔn)溫度，則 （47）計(jì)算結(jié)果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計(jì)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(jì)算結(jié)果

11、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353.15K，以273.15K為基準(zhǔn)溫度，則 （42）計(jì)算結(jié)果列于表412中。組分氯乙烯二氯乙烷合計(jì)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(jì)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

12、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(zhǔn)溫度，則 （47）計(jì)算結(jié)果列于表411中。組分氯乙烯二氯乙烷合計(jì)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(jì)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：5反應(yīng)器的設(shè)計(jì)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

13、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。51 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(jì)算公式如下所示（由化工設(shè)計(jì)手冊可查）： （51）式中進(jìn)料氣流量，；空速，。反應(yīng)器一（1） 進(jìn)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(xiàng) （57)其中先求和由表51知各物質(zhì)的和代入（53）和（54）計(jì)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(xiàng)的計(jì)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(jì)算結(jié)果可知 代入式52有運(yùn)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(jì)算床層高度為床層截面積為反應(yīng)器二(1) 進(jìn)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(xiàng) （57)其中先求和由表51知各物質(zhì)的和代入（53）和（54）計(jì)

16、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(xiàng)的計(jì)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(jì)算結(jié)果可知代入式52有運(yùn)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(jì)算床層高度為床層截面積為52 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（573.5mm)小的管子（383.0mm）做反應(yīng)管，在未改變生產(chǎn)能力的前提下更有利于發(fā)揮整個(gè)床層催化劑的作用，故采用383.0mm的反應(yīng)管。對于列管式

18、固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇383.0mm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197475根。反應(yīng)器二：經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為139945根。53 床層壓力降的計(jì)算由化學(xué)反應(yīng)工程可查得如下計(jì)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(dāng)量直徑，；氣體粘度，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353.15K120.55172.511

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(shè)計(jì)所選用的催化劑為圓柱狀，3mm6mm，則其當(dāng)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54 傳熱面積的核算541 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(shí)催化床層與反應(yīng)器內(nèi)壁的給

20、熱系數(shù)，可用下式進(jìn)行計(jì)算： （512）式中床內(nèi)氣體的給熱系數(shù)，；反應(yīng)管內(nèi)徑，；催化劑顆粒直徑，；通過床層的氣體的導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)器一氣體的線速度由公式512得（2） 反應(yīng)器二氣體的線速度通過床層的氣體的導(dǎo)熱系數(shù),：；由公式512得542總傳熱系數(shù)的計(jì)算以管外表面為基準(zhǔn)，不銹鋼反應(yīng)管導(dǎo)熱系數(shù)取。其計(jì)算公式如下 （513）參見化工原理（上）式6117（1） 反應(yīng)器一由公式513可得（2） 反應(yīng)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(yīng)器一換熱介質(zhì)采用逆流，則由（514）、（515）、（516）得（2） 反應(yīng)器二換熱介質(zhì)采用逆流，則由（514）、（515）、（516）得55 反應(yīng)器塔徑的確定查化工工藝設(shè)計(jì)手冊有 （517）式中D殼體內(nèi)徑，m；t管中心距，m