2.3 主要工艺参数说明
在用环氧氯丙烷法生产甘油的时候，主要用了涉及工艺参数： （1） 环氧氯丙烷水解时候用了15%的Na2CO3溶液做碱。
（2） 反应温度在125℃，常压下进行。为减少副反应的发生，进料的环氧氯丙烷
浓度尽量大，这里取100%纯度的进料。
3生产工艺设计计算
3.1 主要化学反应
3.1.1 化学反应
在制取甘油的生产工艺中，由于天然法制取甘油的产量较低，远远不能满足中国的甘油市场，故生产甘油多数用合成法。本设计方案采取合成法，用环氧氯丙烷合成甘油，具体生产过程计算如下。在用环氧氯丙烷生产甘油时，主要发生下列反应，本设计则是针对此系列反应过程进行的相关计算： 第一个反应：
CH2CHOCH2CI+H2O——→CH2OHCHOHCH2CI +21.51kcal/mol 第二个反应：
CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3——→CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O -3.2 kcal/mol 第三个反应：
CH2OHCHOCH2+H2O——→CH2OHCHOHCH2OH +18.1 kcal/mol
3.1.2 化学反应物料衡算
计算物料衡算：
设计任务为年产十万吨甘油，工作日为365-设备维修日25天=340天； 以每小时生成甘油为准，即:
F(甘油)=10×107/340×24×92=133.2kmol/h 由于生产的甘油只含98%的纯甘油，故
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F (成品甘油)= 133.2/98%=136.0 kmol/h;
已知环氧氯丙烷（以下简称ECH）的转化率为96%，故： F (ECH)= 136.0/0.99=137.4 kmol/h;
3.2反应器的设计
3.2.1 反应釜体积计算
第一个反应的反应器设计,本反映在125℃条件下进行 根据体系物料衡算有
F (ECH) =137.4 kmol/h，F (水)=28 kmol/h
所以 F(总进料)= 137.4+28=165.4 kmol/h=0.046 kmol/min ECH的体积流量为q（ech）=137.4×92.5/1.81×103=7.0 m3/h 水的体积流量为q（水）=18×28/1.0×103=0.504 m3/h 进口体积流量为q（总）=7.504 m3/h CA0=137.4/7.504=18.4 kmol/ m3
已知反映的动力学方程为-R=k1Ca,, 查得k1得7.7×10-5min-1 则根据反映动力学方程式求得体积为：
V(r)?F?（XAF-XA1）（总进料）K1CAO
=0.046×0.99/7.7×10-5×18.4
=30.85 m3
设反应器的装料系数为0.9，则反应器的有效体积为V;
V = V（r）/? =30.85/0.9
=34.3 m3 物料的平均停留时间
t= V（r）/ q（总）=30.85/7.504
=4.1h
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3.2.2 反应釜直径和高度的计算
在已知反应斧的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素：
（1）长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，P?D5（其中D---搅拌器直径，P——搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长径比应选择大一些。
（2）长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值[3]，即见下表3.1
表3.1 罐体长径比经验表
反应器种类 一般反应器
填装物料类型 液液相或液固相物料 气液相物料
高径比（H/Di）
1~1.3 1~2 1.7~2.5
发酵罐 液相物料
取H/D=1.2，采用椭圆形釜底，封头高度H1=0.25D，体积V=0.131D3，则反应釜直径D：
H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D; V=?/4×D2H2+0.131D3 (H2=0.95D) 34.3=?/4×D×0.95D+0.131D3 D=4.97m H=1.2 H=5.96m
3.2.3 反应釜的热量衡算：
由于连续式反应器是一封闭物系，则由热量衡算方程式可导出下式：
mtCp,tdTd??K0Ah(TC?T)?(??HR)(?rA)VR
上式为间歇釜式反应器反应物料的温度与时间的关系式，式中
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mt—反应物料质量，kg；
Cp，t—反应物料从基准温度改变到实际温度的平均热容，J/kg℃； Tc—传热介质温度，℃； T—反应物系温度，℃； τ —反应时间，S
(－?HR)—基准温度下反应热，J/kmol； K0—总传热系数， J/m2s℃；即：W/m2.℃ Ah—传热面积，m2
等温反应，dT=0，上式变为 KAh(Tc－T)=(－?HR)(－rA)VR
KAh(Tc?T)?(??HR)(?rA)VR
可查得： －?HR=412J/kmol
rA?VRT=30.8514400=0.0022m/s3
则 Q?412?0.0022?30.85?0.06182kJ
若为等温操作，则反应过程放出的热量等于载热体移走的热量，首先计算出放热量，根据下式计算出传热面积
Q?(??HR)(?rA)VRQ?K0Ah(T?Tc)
Ah?K0(T?Tc)
总传热系数计算： K0?1?01?R0??bD0?Dm?RiD0Di?D0?iDi
式中K0---总传热系数，W/m2.℃ ?---给热系数，W/m2.℃； R---污垢热阻，m2℃/W； ?---壁厚，m；
?---设备壁导热系数，W/m℃。
下标 i、o、m分别表示设备内、外和平均。
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常用污垢热阻大致范围可查
R=4.159?10 ?=10mm
??45w?4?m?k?
D0?4.98m给热系数的确定
釜侧的传热膜系数，可采用如下的关联式求取，在夹套传热的场合为： ?nD2??3?Cp??????iDi??0.36??20.143?????????s??s??
式中Di---釜内径，m；
?---热流体的导热系数 ，W/m.k；
?，?s---流体的粘度及流体在侧壁上的粘度， Pa·S； Cp---热容，J/kgK 代入数据：
?i?0.36(2?4.97?8500.31?10?32)2/332.3?0.31?100.362?3?0.454.97?(0.310.45)0.14
?i?64.98w/?mk?
当 Re?3600时；
?0?9300u0.80.2Dew/mK2
式 u---水在夹套内流速，m/s；
De ---夹套的当量直径，m。 夹套直径Dj的计算：
Dj可根据罐体内径按下表3-2推荐的数据选取。
表3.2 夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）
Di Dj 则
500～600 Di+50
De?Di?300?700～1800 Di+100
2000～3000 Di+200
3000～5000 Di+300
52mm7020