辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
续表3-6
名称
密度ρ (kg/m3)
异丁烯 水 氮气 氢气 一氧化碳 二氧化碳 对苯二甲酸
乙酸 乙醛 氧气
混合物密度：
1.09934 0.352962 0.547599 0.039413 0.547532 0.860687 3.382413 1.18024 1.139761 0.6256
临界温度 Tc（k） 428.6 440 132.92 1 530 838.8 126.2 154.58 883.6 304.21
临界压力（MPa） 4.1 4.6 3.499 1 4.25 5.891 3.4 5.043 3.486 7.383
临界压缩因子
Zc 0.274 0.262 0.299 1 0.246 0.246 0.289 0.288 0.201 0.274
?in?pMin?0.569371Kg/m3 ZRTpMout?0.567177Kg/m3 ZRT?out?（3）反应器的数学计算
此反应选用固定床列管式反应器，反应物、产物均为气体，催化剂为固体，
18
辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
此模型为拟均相模型。 1）动力学方程
K?Ae?ERT
lnk?lnA?E RTlnr?lnk?nlncIB
A :指前因子 CIB :异丁烯浓度 E ：反应活化能
以 1/T 为横坐标，lnk 为纵坐标作图，则直线的截距为lnA，斜率为-E/R，计算即可得反应指前因子A和反应活化能E。根据以上方法得到的反应指前因子和反应活化能分别为7.37×10和169.7 kJ/mol，最终得到该反应的动力学方程为：
r?7.37?10e2)物料衡算式
14?169744RTCIB
FA0dXA??B(?rA)?4Dr2dl
FA0 ：任意位置上物质的摩尔流量， kmol/h dxA ：物质的转化率
ρB ：催化剂的床层堆积密度， g/ml Dr ：反应器直径，m
19
辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
其中反应器直径计算用公式
Dr?计算得:
4V?u0
dl?FA0dXA?B(?rA)代入数据积分得:l?7m 取反应管长为8m。 3）其他设计：
反应列管：φ 35× 2 反应管根数：
?4?0.21dx/A(?rA)
Dr2Ar?4取反应管根数4880根。 反应器壁厚的计算:
?0.0342?4874根
??δ ：圆筒的计算，mm P ：圆筒计算压力，MPa D ：圆筒的内径，mm
pDi '2[?]??p20
辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
[ζ ]′：钢板在该温度下的许用应力，MPa φ ：焊接接头系 代入数据计算得：
??圆整后取壁厚20 mm。 反应器内径：3660 mm。 ※反应器质量
pDi?18.6mm '2[?]??p选择16MnR为材质，其密度约为7850 kg/m3。 反应管质量m1=viρin Vi ：反应管体积，m3 ρ
i ：
材质密度，kg/m3
n ： 反应管根数 代入数据得 m1=viρin=7938.95 kg 筒体质量m2=VRρi=904.6 kg
封头取标准椭圆封头，内径DN=3660 mm，厚度δ=20 mm，曲面高hi=925 mm，封头直边高h=50 mm. 封头质量按
m3?{[(DN?2?)2(hi??)?DN2hi]?[(DN?2?)2?DN2]h}?785064
??21
辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
代入数据m3=1323.16 kg
反应器主体质量m=m1+m2+2m3=11483.87 kg 附件以主体质量的0.2倍计算， 则反应器总质量m总=13780.64 kg ※壳程换热设计
（1）换热介质进出口结构
为了降低入口流体的横向流速，消除流体诱发的管子振动，采用外导流筒式的进出口结构。 (2)换热介质
冷却水：101 KPa 10 oC 液态水 Cp =4.184 KJ/(kg·K) 饱和水蒸气潜热 r=2051.0 KJ/kg
采用 Aspen Plus 模拟软件对该反应器进行换热模拟，通过不断优化，最终得到G H 2 O,out =27000 kg/h ，冷却水进口的质量流量为 G H 2 O,in =27000 kg/h。
取液态水的进口流速为1m/s，进 口 管 口 直 径 为100 mm。换 热 介 质 出 口 的 温 度 为85 oC ， 出 口 流 量 为液态水进口流量1 m/s，出口管径为100 mm。 (3)折流板型式
由于反应器中间不排管，选用环盘型折流板。折流板间距为1 m。板厚10 mm。
22