•吕・K"从有关手册中査取或用公式什算.
蒋文举主编•大气污染控制工程•高等教育出版社，2006.11.
2.经验H■算法
经验讣算法足采用实验宰、中間实验装置及艮工厂现有護律中衡得的一些最佳条件（如空速％、接融时间r零）作为设计依据（或宜赖）来进行％固催化反应蘇计算的一种方法。
1已知空速怙的定额，需芟处理的气体虽为叭…则所需的催化剂体积为:
人3gp.o’f（了—42）
由额粒状况确运空塔气说速度先，得岀反应蛊龙徃叭・进而町求得床层高度为：
M=4VR/［（t-（7-43）
2□知接羅时间r的启嗽’需藍处理的气体呈为g—则所需的催化捌悴积为；
人-（7-44）同上•可以得到反应器育径和床层高度。
值得注意的是•不同的榨化反应冇不同的定额■就同一做化反应而言*备厂的管理水平不同，我定额也不相同。
三、固定床的压力降计算
流体通过固定床的压力障，主妄足由流体和赖粒表面间的摩擁甲力利断体在珮粒阖的收缩、扩大和再分布尊胡部阻力引起。
例此■可以采用欧根（E^u.i>尊租流动圧降公式逬行佔算，
式中tAp床层压降，Pa;
打——床高m；
附空床气速*m/fti
pn气体廡度・kg/m1;
此——颗钝的体枳我面积平均宜径m;
武——床层空隙率】
A.摩擦琨数.町由下式计鼻:
式中；儿气悴釉度,Pil'Bj
第四节影响催化转化的因素
影响催化净化气态污染物的因素很多，但主要有反应温度、床层气速、操作压力和废气的初始组成。
一、温度
催化反应是在催化剂的参与下进行的，反应的快慢与催化剂的活性有关。
催化剂活性又与反应温度密切相
关，因而对于伴有热效应的催化反应，温度的调节和控制对净化设备的生产能力、净化效果均有很大影响。
对于可逆反应，由于受到平衡的限制，须同时考虑平衡反应率人和反应速率常数左对总反应速率的影响。
对于可逆放热反应，温度的升高，将造成《的降低和A的增加，因此反应速率的变化不是线性的，而是
个弯弓曲线，曲线的最高点也是反应速率最大的点，它所对应的温度称为最佳反应温度。
二、空速
由空速的定史叮知，任i足范個内，空速增加町以捉隔单位体积催化剂床层的气体处理陡力川i反应率降低不大.囚此’借化反城…般在保诋婆球的反应允许床层床降的条件卜'「采用较大空連口在选择空遽时还应保证，对上流式曲圭床撩作，不能使床层冲起。
三、操作斥力
加压般能朋逢催化反应+减少设谷体枳・世因傑化净化如理的腔【广丼披的废气，故汕收价值不大*-般将拔气的抑放用力（略岛于常压）作为拗柞压力乜
m.废气的初始组成
从例7-I町知•瓏吒的初抽组皿岚接影响反应遠率「…催化拥用凰片和耶福转化率工：
。
不何的催化妙化过程，理想的初始组成也不相同口例如：
对硝
裘元焘主编南京化工学院等合编•高等学校试用教材基本有机化工过程及设备•化学工业出版社，1981年
04月第1版.
例3-7乙烯£1辍催北刑翼化制环事乙烷，主婆反应为
CaII*+CjHtOC1>
b
AH,=「24上9千卡/克分子25-Q
C^l+}0^—>200a+21!
aO（2>
AHa»^116千卡/克分于
饕求年严环氧乙烷1M0吨*采用二段空T氧北槌农试跟擔中试经脸，取用下列敕据估鼻第一
反血器尺寸*
1.进入第一反应器的原料气组成为
C.H.0.CO.N.C.H.CI.
分于％3.S6.07.7>2.8Wft
2.笫一反应器內进料温度为210-C,反应温度为250・C,反应压力为10公斤/風米2,转化率为20%选杼性为66%,空連为5000时7°
3.第一反应器采用列管式固定床反应器，列管为027X2.5奄米，竇长6米，冊化剂充填髙度5・7米。
4・育间笨用导生液强制外循环換恪。
导生肢进口温度23CTC,出口温度235・C,导生液对管外墜给热系数Q2可取650千卡/米2•时•・（：
•
5・催化刑为球形.直Ed『为5毫米，床层空隙率e为0.48,
6.年工作7200小时，反应后分离、精制过程回收率为90%,第一反应器所产环飆乙烷占总产就的^%9
7.在25O-C,10大气压下，反应混合物有关物性数鹅为
导热系数Af=0.030-1千卡/米•时・9
粘度/i=2.6xl0-5公斤/米•抄
密度一7・17公斤/肝
各组分在25~250・C范围內平均气体热容为
C,H,0,N,€0.H*OC,H4O
千卡/公斤・・C0.470.230.2S0.230.470.33
解，L・物料简算
翌求作产1000吨环氧乙tL考虑过程损失后毎小时应生产环氧乙烷量为
熔454.32公斤/时
由第一反应SS反应生成环賓乙烷虽为
154.32X0.9二139公斤7时=3.16公斤分子/时
鄭~反应淳应加入乙烯筮为
3.16
T.G6X0.20
2乩94公斤分T7时
按原料气组成，求得原料气中其余各组分屍为
0223・9』汉=公斤分子/时
3•5
CO323.9452.57公斤分子/讨
k2
23.94K半具=566.35公斤分子/时
反应
消耗乙烯GI
23.94X0.2XO.66=3・16公斤分于/时
消耗氧气秋
3.L6XQ.5s1.58公斤分子/时
生成环柬乙烷空
3・16公斤分子/時
反应
（2）
23.94x0.2x0.34=1.63公斤分子/吋
消耗氣气肚
1.63只3=4.89公斤分子/时
生成-氣化破駅
1・63K2=3・Z6公斤分子/时
生成水足
1.63x2=3.2G公斤分子/时
表I物料術算农
fi
分
it
11
Ai
公斤分f7B<
公斤/时
公斤分于31
处斤/时
23.«
670.32
19.15
sse.2
O.
41.04
1313.1>fl
34.{?
1108.24
CO,1
52.8?
2317.41
B5.O
2460^9i
N.
566.35
iswr.w
566.3$
15S57.80
GH.0
SdC
U9.04
HtO
S.2<
5y
A怜
604
20158.89
»XSB.84
故反应器出口气体中*组分st为
C2H423.94-（3N6今1.63219.15公斤分子/时0241.04-（1.5844.89）*34・57公斤分子/时
CO282.67+3.26=55.93公斤分子/时
N2566.35公斤分子/时
CzHjO3・16公斤分于/时
H2O3・2G公斤分子/时
2.计算催化拥床层体积Vr
进入反应器的气体总流fit为684公斤分于/时
给定空速为5000»^1
=3・06米°
S.反应弱皙數"
给定直子^027X2.5.故管內住d.为0.02^i管长为6米，催化剂充塡高度L为“7
米。
采用正三角形排列•史取管数为M59根°
4.热眾術贰基准温咚25£
（1）原料气带入热SQi
Qi•C670.32kO.47+1315.28X0.23+2317.48x0.23+15857.8X0.25）x（210-25>=946196千卡/时
（2）反应后气体带走热»Q2
Q2=（S56.2X0.47+1106.24X0.2J+2460.92x0.23+15857.8x0t254139.04XO.334-58.68X0.47）（250・25》=1149834千卡/肘
<3）反应放出热ftQr
Qr«3.1GxjO3x24.69♦UG3xl03x3.^=593100千卡/时
<4）传给导生液的热StQc
Qc=+Q■一Q2=946196*593100-1149831=339462千卡/跨
《5〉核算桃热面积味层对壁总溶热系敎按式〈3—灯）计算。
S=令~3•彳卫:
°）exp（-4»6d^/dt）
0158.8&
1459x4—（0<«22>2
4
=36366公斤/米―肘
0.005x36366
12.6K10-5x3600'1943
339.24千卡/*-时・・C
总传热菜数K
心品旷僚需5
侖厂2曲72千卡侏'•时・9
因转化率（£,故整个反应磊床层可近似地看成W＞为25LC.传热推动力为
需要传热面枳为
=99.03米2
实际传纵面积为
A賽=兀击丄・fi=3・】4x0・022x5・7X1459=574,78米・
A实〉AH能满足传热婴求
d,G
*191<74?
«）=3716属桃梯
3越横p
7.17x3^）心心
7.17X
=]e7Si<—_^________=13600^斤AX*N}*3d公庁/腿米耳
徐建良等编著•现代化工计算•化学工业出版社，2009.08.
憾£1的協算、主饕设塞的工艺计算，并从谨讣流程计算的收敛与杏以炭和现实攥柞的符合程度来检验戯醜程是否町行.
1.过程的基本信息
<-）市场信愿
二甲雄工业生产的兴起垦同氟孰烷的限制和黠止便用紧密栩连的.加世配北年代初国际上弋莠刑制品得到厂迅速发展，气雾削生产申，气雾抛肘剂11熒采用載氯近年來*盟现氣氯烷对地球大r臭無空有严亀的破坏柞用*遛到限制和辭止使用*鉴于二即騙的您和蒸弋压等物理性质和二號二飙甲烷和近・以及具优曳的无厳害利耳保性能，便之嚴为烈氛绘的理想替代甜*自20waS0年代以来•二甲靛作为一种农全吒那剂得以迅猛地s»B目冊，州:
募剂制品11J®*二甲MSS^M应用市场口二甲矗不Raruiflt制冷拥和气雾制.而且坯作为液休燃料。
低压下的二甲瞇变为液悴.与石油液化P有柑似之处*二甲瞇也町収做醇醴燃料、与卬聲按一定比佛混舍后・呵克眼草…襪态燃料的缺点.从而改善娴料性能.具有清洁、使用方便等优点。
据市场阔査，二甲SS市场应用前疑广Mt禺内需求蚩远远趙过供Stft,现市场上甲醉价1500-2000元/馳.一甲穆价格为MOO元f吨*比甲薛为舉料，鏡偎化脱水得到二甲醸，皆用肿的粽合利用和增值提供了一条理想的逢电木设计按照概念设计的思路，孑找从甲醉佛化脱水生产二甲朋的盘桂匚艺流程和怙算虽住设计条件R
（二）反应信息
①反应方程式
2CH5OH^t（CH3）2O+H2O
②反应热
△Hr（25X：
）=-11770kJ/kmol
3反应条件：
温度i-250-3701,反应压力为常压.
4选择性.该反应为催化脱氢，催化剂为10・2%硅酸处理的无定性氧化铝.在400P以下时，该反应过程可以看作是单一.不町逆的，反应的选择性S町以近似认为等于1.
5反应为气郴反应.
6二甲曉产130kmol/h.
7屮障的转化聿在80%以上.未反应的甲聊循环回收到反应器中的%«^6Skmol/h・
8二甲醋产品饨應，99%（质忻分数）.
9廉料：
常温下工业纸甲醇（假定含秋】％）・
（三）连续或间歇生产的选择
选择一个连城的过程，操作费用和物流费用以年为基准.擁作时数为8150h/a.
二、流程输入输出结构和循环结构
（一）原料预处理
原料足工业级的甲晖・内含少歌水《假定摩尔比甲悴*水=99«1）,和微竝其他杂质
（对于主反应无形响），水是反应的产物，忽略对原料进行净化处理.如原料甲醇含水墩过高.可考虑箱谓以后进料.
（二〉副产物
在所选催化剂和反应条件主反应的选择性接近1・碣产物很少，在整个设计过程中忽略團产物仔在.
（三〉循环和放空
由于反应转化率为80%,所以用循环物流将未反直的甲脾循环.反应产生的水，残蘭少童甲柠«2%）,经简单飪理可排放.
3.反应器的工艺设计
（-）动力学模型
反应器的工艺设计主要足完成催化剂用呈或反应器反应体积的设计.设计的主要依据是反应动力学模型.
甲醇7-Al2O3上脱水生成二甲蜃的动力学模取如下,
（533）
dxM_^m5PmS
dj<1+V^MpM+^H?
OpH,O）2甲醉的转化率；
反应速率常数，h1・atm•,-5j
b一甲椁的吸附常数.
p一一压力**atmj
TW—质址停留时间，hlKP一反应平*#«[・
下标，M
D
甲怡
二甲陽•
质世停留时间定义为;
（5-34）
式中——催化剂质区；
Wmo―反应器进料中组分甲醉的质念流崑.
在ChemCAD中有-个动力学反应器（kineticreactor）操作单元.可以自定义动力学模型，一种计算模式是根据反应器体积计算反应出口转化率，另…种计算模式是根据出口荐化率计算反应器体积，即完成反应签的工艺设计。
ChemCAD动力学反应器对反应遠率的定文为,
（5-35）
=—K]心
式中Ne—一反应器进料组分匚的摩尔M.&I
VH—反应器的体积.
将反应理率的定义应用在甲醉Kr-Al2o3上脱水的动力学模舉上：
W传临地一（】PdP%）
M<14-4-^h1o/»ii1o）2'L佩>
l=].635X10>exp（-5^?
）
6M=1.252X10I8exp（-^^）
如0・1・206><】0%科（一疇^）
lnK』=^^+3.0707InT-2.783X10^T4-3.8X10~rT2—6.561X兽一26・64
內m为催化剂的堆砌密度•取值为800kR/m3o
（二）甲醇脱水绝热因定床反应器的设计步强
步骤X新建文件名“二甲瞇固定床反应器设ilS
步豪跌建立丁艺流程图如图5・52所示.
步骤久单位选择.以SI单位制为主.压力M位采用atm.
步鼻“组分选丼甲醇、水和二中龊（Methanol.Water,DimethylEther）.
步费5：
相平衡摸朋（K值模型）选择NRTL（或Wil^n或UNIQUAC等溶液棋理）•弹出的NRT1.ParametersSet1窗口中显示了二元交互作用参数，但是数据不全.缺乏水和一甲联的二元交互作用參数.釆用tools菓单命令中
的BIPRegression命令来回归所缺的参数.
步骤6’点击ChemCAD中菜单按钮“热力学及物化性质”.从其下拉菜单中选择“回1U二元交互作用⑧数”命令.聊岀“二元交互参数回FT蛍选择“使用UNIFAC估算法的汽液平衡数据冋归（VLE）n.并复选上“回归出所有缺失的二元交互参数”.如图5-53所示.
步那7：
编辑进料信息.温度523.15K,压力Iatm.组分摩尔分数：
甲15?
0.99,水0.01*AXfi325kmol/h.
步鼻&编辑动力学反应器的倍息.双击动力学反应器的图标，弹出“动力学反应器（KREA）"窗口.在“慨况说明”中作如图5・54的选择.
在“更多说明”的活贞窗口中作图555所示的选择，对动力学方裡中的变•址逬行单位制的设定.
点击OK后，弹出“KineticDaU-w窗口，如图5-56所示，编辑反应信息。
步曝久点击，押出*-KineticDau-W囱II屮的**OKW府，弹岀“Unit：
1—UserRateExpressionsM窗口，在MRxn】”活页窗口中的“WriteUserRateExpression="文車
ft）5-54动力学反应計接作信息编输的活页饶□1
1分阪9
分版
.y-v
活（UK
4kj■总■AIM
1kmoUtC^Ml^v1kgW
m翊
JmpE棄）VOhcwtC^^
F85-54动力学反咸器操作伯息備辑的活页由172
•—*...■■■■■,xM3R-WWF-^te■»XKI
ffl5-56反底式倍見集辑W口
框中填r反应动力学估息.使用VBA编程语盲•如下所示，
DimIvoAbDoubleTAsDouble
luo=800.0
T"Temp
DmkAsDouble・bmAsDouble►bwAxDoubte.KPAsDouble.RAsDouble
R=&314
k=]6350COOOO?
F•Exp（・69239#/R/T）
bm=«L2S2E+18・Exp（-2l6572f：
/R/T）
bw=1206000000ifExp（-88217#/R/T）
KP-ExpC・26・6444019#/T+3.707・Log（T>-0.002783*T+0.00000018•TA2-65610»/TA2）
DimMAsDouble
Z甲牌的分子試
M=32.C42
RinRaxeOOl-luo/M-k*bmAO.5*POOP1.5*（bP003*POO2/KP/P00r2）J（14Cbm'POOITO.S卜bw*PO02）A2
步It10：
点击Unitj1UserRateExpressions**窗口中“ft定"按钮・禅出Window”值息炎示能，询问足否更新动力学方程农达式，点击“是”。
11,点击运行按钮-Runff.得到反应器体积是27.73m3・
步9US绝热固定床反应器的出口物料各组分猱尔分数：
甲醇0.1986,水0.4057・二甲楼0.3957,温度634.7K.
四.分离系统
从反应器中出来的气体含有二甲謎、未反应的甲醇、水.郝是以气态存在.进入分离塔之前•要将气体冷却成液体或者气液两相共存.三俎分的混合体系，采用两个精協塔，即・个二甲醛塔和一个甲醉堆来将三种物质分盅.
（一）塔序
为了清晰地分割混合物，可先冋收曲轻的组分.也可以先回收最重的组分.当组分数增多时・萍代方案数fit急剧上升.因而在排定廉悯塔的塔序时，人们得到了两组推理法则.
排定塔序的通用推理法则，
1脱出腐蚀性组分；
2尽快脫出反应性组分或单体■
3以備出物移出产品；
4以馆出物移出循环物流.如黑它们是循环送回填料床反应器，尤其婴这样.
排定搭序的推理法则：
1流量大的优先；
2虽轻的优先I
3高收率的分离最后；
4分离困难的最石；
5尊摩尔的分割优先J
6下一个分离应该是最便宜的.
*—■—■■■■—■—■—■■-■-
在根抵匕述推理法则，三俎分中二甲議的流届境大.而且也昼轻.所以本设汁中塔的分离顺序为，
二甲風+1卩醉十水一二甲醴，甲醇+水.甲醇+水一甲醇.水
（二）分离塔（二甲醋+甲醇+水f二甲醛•甲醉+水）
二甲酬在常压F的沸点很低（一24弋）・常压精饰・塔顶冷凝器需畫保持低温，要划加制冷设备，增加了设计难度和实际慄作困难，不采用常压将帽的方案，而采用加斥精诸・
如果塔项冷驗器采用常温下的自来水进行冷却.塔顶憔出物的泡点温度应大于50匸，二甲嵐泡点温度为50七时.对应的泡点压力为11.3atm・
（1）分离塔1的简捷设计
步骤X新建文件名或打开上一题文件.
步骤2：
建立工艺
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