O2
1878.40 3276.20 33438.75 180.23 180.24 40051.20
60106.92 144185.56 936719.70 7939.85 3319.08 1182945.35
4.69 8.18 83.49 0.45 0.46 100
5.09 12.22 79.36 0.67 0.28 100
CO2
N2
C2H4O
H2O
合计
2.2.3 热量衡算
设原料气带入的热量为Q1，氧化气带出的热量为Q2，反应热为Q3，反应器的撤热量为Q4。当忽略热损失时，有
Q1+Q2=Q3+Q4 (4-1) (1)各组分的比热
①查得理想气体的比热计算式[8]
CP0?A?BT?CT2?DT3 (4-2)
表4.6 各组分的定压比热系数值
组分
C2H4
O2
A 5.703732 26.0082 23.05666 29.47170 32.41502 －7.591119
B×10 1.438947 0.117472 0.5687698 －0.0476501 0.00342214 2.223796
C×105 －6.728475 －0.234106 －3.182815 1.270622 1.285147 －12.60438
D×108 1.179194 －0.0561944 0.6387703 －0.4793994 －0.4408350 2.612272
CO2
N2 H2O
C2H4O
②原料气温度为210°C,氧化气温度为250°C.在此条件下各组分的Cp0值如表
4-7,4-8所示
表4-7 原料气各组分的Cp0值(J/mol·K)
原料气组分 Cp0 C2H4 O2 CO2 N2 60.8 31.1 43.8 29.6 表4-8 氧化气各组分的Cp0值(J/mol·K)
组分 氧化气 C2H4 O2 CO2 N2 H2O C2H4O 64.3 31.4 45.0 29.8 35.5 78.0 由[8] 可查得真实气体与理想气体的比热之间关系的计算式
000 Cp?Cp ??Cp?Cp??Cp???C1p （4-3）
而ΔCp0和ΔCp1与Tr 、Pr的关系可在[8] 的图3-10中查出。原料气的温度为 210+273.15＝483.15K，压力P为1MPa；氧化气的温度为250+273.15＝523.15K,压力P为1MPa。查表计算，各项计算结果如表4-9、4-10所示。比热的单位为 J/mol·K
表4-9 原料气中各组分定压比热的压力校正参数
组分
Tc/KC2H4
O2 CO2 N2
282.4 5.036 1.711 0.199 0.085 0.670 0.628 61.523
154.6 5.046 3.125 0.198 0.021 0.159 0.038 31.260
304.2 7.376 1.588 0.136 0.225 0.544 0.586 44.476
126.2 3.394 3.828 0.295 0.040 0.138 0 29.738
pc/MPa
Tr Pr
?
0?Cp/J?mol-1?K-1
?1?C1?K?1 p/J?molCp/J?mol?1?K?1
表4-10 氧化气中各组分定压比热的压力校正参数
组分
Tc pc
C2H4
O2 CO2 N2 H2O C2H4O
282.4 5.036 1.853 0.199 0.085 0.544 0.502 64.887
154.6 5.046 3.384 0.198 0.021 0.134 0.0084 31.534
304.2 7.376 1.720 0.136 0.225 0.419 0.502 45.532
126.2 3.394 4.145 0.295 0.040 0.126 0 29.926
647.3 22.05 0.808 0.045 0.344 1.381 4.186 38.321
469 7.194 1.115 0.139 0.200 2.093 5.023 81.098
Tr Pr
?
0 ?Cp ?C1pCp
(3)热量衡算
①原料气带入的热量Ql
原料气的入口温度为483.15 K，以273.15 K为基准温度，则
Q1??niCpi(T入?T基)(kJ/h) （4-4）
i计算结果列于表4-11中
表4-11原料气带入的热量
组分 C2H4
O2
Cp（J／mol·K) 61.523 31.260 44.476 29.738 -
Xni XniCpi 0.034 0.056 0.077 0.833 1.00
2.092 1.751 3.425 24.772 32.040
CO2
N2
合计
由计算结果可知
Q1?NXniCpit入 （4-5） 由公式4-5可得Q1=40141.28×32.040×(483.15-273.15)=2.7×108kJ/h ②反应热Q2 在操作条件下，主副反应的热效应分别为 主反应：
1 C2H4?O2?C2H4O?25.19kca/lmol （4-5）
2 副反应：
C2H4?3O2?2CO2?2H2O?315.9kca/l mo l （4-6）则主反应的放热量为: Q21=1364.80×0.2×0.66×25.19×103×4.1886=1.9×107kJ/h 副反应的放热量为:Q22 =1364.80×0.2×0.34×315.9×103×4.1886=1.23×108kJ/h 总反应热为：Q2 = Q21+ Q22=9（0.19+1.23）=1.42×108 kJ/h ③氧化气带出的热量Q3
氧化气出口温度为523.15 K，以273.15 K为基准温度，则
Q1??niCpi(T出?T基)(kJ/h) （4-6）
i计算结果列于表4-12中
表4-12 氧化气带出的热量
组分
C2H4
O2
Cp（J／mol·K)
64.887 31.534 45.532 29.926 38.321
Xni
XniCpi
0.0273 0.0469 0.0818 0.8349 0.0045
1.771 1.479 3.725 24.985 0.172
CO2
N2 H2O
C2H4O
81.098 -
0.0046 1.00
0.373 32.505
合计 由计算结果可知
Q3?NXniCpit出 （4-7） 由公式4-7可得Q3=40051.20×32.505×250=3.25×108 kJ/h ④反应器的撤热量Q4
Q1+Q2=Q3+Q4 （4-8） 可得反应器的撤热量Q4=Q1+Q2－Q3＝(2.7+1.42-3.25)=8.7×107kJ/h
2.3 反应器的设计
在物料衡算和热量衡算的基础上，可以对反应部分主要设备的工艺参数进行优化计算。这一部分主要是反应器的工艺参数优化。设计生产能力：5吨/年；生产过程安全系数：1.04；年操作时间：7200小时；本设计采用两台反应器并联进行反应。
已知：(1)每小时输入的原料气量总为: 40141.28kmol/h
(2)以银为催化剂，颗粒为球形，d=5mm，空隙率??0.8； (3)反应温度为250℃，操作压力为1MPa，空速为5000h-1； (4)反应器列管规格为32×3.5mm；
(5)反应热用油撤走，导出液进口温度230℃，导出液出口温度235℃； (6)原料气进口温度为210℃，氧化气出口温度为250℃。
2.3.1 催化剂的用量
催化剂总体积VR(m3)是决定反应器主要尺寸的基本依据，其计算公式如下所
示[9]