辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
3.1.2 MMA合成浆态床反应器（R201）的设计
※反应器操作条件 (1)进出口物料组成
MMA 合成反应器物料主要组成如表3-7所示。
表3-7 反应器进口物料组成
质量流量（kg/h) 摩尔流量（kmol/h）
反应条件
根据 Aspen plus 模拟结果可知反应器出口物料组成如表3-8所示
空气进料 49893.46 1727 T=70 oC
甲醇进料 69712 2174 P=0.3 MPa
MAL进料 7451 107
表3-8 出口物料组成
物质 MMA MAL H2O 甲醇 空气
质量流量（kg/h） 7942.8 1341.4 2567 66894.5 48554.4
摩尔流量（kmol/h） 79.4 19.1 142.5 2087.7 1681.7
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(2)操作条件
反应温度为： 70 oC 醇醛质量比为： 10：1 压力为 ： 0.3 MPa ※反应器结构设计 (1)反应的动力学方程：
甲基丙烯醛氧化酯化制备甲基丙烯酸甲酷的反应方程式如下 :
由此可知，MAL氧化酯化制备MMA的本征反应动力学方程可用指数形式表达如下:
r??式中 ：
d[MAL]?k[MAL]a[MeOH]b[O2]c dtr ：反应速率，mol·L-1·h-1 K：反应速率常数 A：MAL 的反应级数 b : MeOH 的反应级数 C : O2 的反应级数
由于该反应在恒温、恒压、氧气流速不变的条件下进行的，并且O2在反应液中连续供应，可以认为在反应过程中[O]近似为一常数。
因此可以简化为：
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r?即为：
d[MAL]?k[MAL]a[MOH]b dtr?式中
d[MAL]?k(CMAL0?CMAL0x)a(CMeOH0?CMeOH0m)b dtx ： MAL 转化率
CMAL0 ：MAL的初始浓度，mol/L
CMeOH0：MeOH的初始浓度，mol/L
反应速率常数 k 也可用下式表示：
K?kek0 ：指前因子
Ea ：反应的活化能，J·mol-1 R ：摩尔气体常数，J·mol-1·k-1
?EaRT
最终可得到： E a = 7.24 KJ / mol ， k 0 = 0.1727 反应速率方程为：
r?0.1627[MAL](2)床径的确定
1.39[MeOH]1.47e?7.24?103RT
床径可按气体处理量和操作速度由流量方程计算求得：
V??D24?u?3600 即 D?4V
3600???u式中 V 为原料气中的体积流量，m3/h
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带入相关数据可求得：
D?4?16209?4.5m
3600???0.28在化工生产中，处特殊要求外，一般均采用圆形截面床体。
一般而言，采用夹套形式的反应器内套管与外壳的直径比0.7-0.9之间较为合适。
因此浆态床床径为 D=4.5 m，反应器外径为 D=5 m ※反应器质量
选材16MnR，其密度约为7850 kg/m3。 反应器壁厚计算
该反应器筒体选材为16MnR，根据反应条件，利用壁厚公式，求得壁 厚δ 为：
??圆整去10 mm。 封头设计
pcDi?5.4mm
2[?]'??pc本反应器选择标准椭圆形封头，取其形状系数K=1，则D/2hi=2。外径Do为5000 mm，则其圆边高度为hi=1250 mm。壁厚即为反应器壁厚10 mm，直边高度为50 mm。材质选用16MnR。
筒体质量m1=VRρi=9850 kg 封头质量
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m2?{[(DN?2?)(hi??)?DNhi]?[(DN?2?)2?DN2]h}?785064 =2118.33 kg
主体质量m=m1+2m2=14086.66 kg 附件取主体质量的0.2倍， 则反应器总质量m总=16903.99 kg
?22?3.2 塔设备的选型与设计
3.2.1 急冷喷淋塔简单设计计算
※主体尺寸的计算
根据本工艺的操作特点，考虑到容器直径较大，气体介质温度较高及压力较低，常采用整体夹套的分段式夹套形式，这样不仅能提高传热介质的流速，改善传热效果，而且还能提高筒体受外压的稳定性和刚度。
选择停留时间为t=30s；则根据Aspen plus 模拟得到其气体的体积流量为Vg=79929.625 m3 ·h-1,取装载系数为ε=0.75，则得到塔设备的容积为V=895 m3；根据空塔气?速计算公式及经验得，塔径D=3.6 m；则由得，塔筒体高度为H=22 m；采用标准椭圆形封头。
夹套直径与筒体直径的关系由查找化工工艺设计手册如表3-9所示。
表 3-9 夹套直径与筒体直径的关系
项目 Di(mm) 数值 500～800 数值 900～2200 数值 2200～4000
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