; -ms-text-justify: inter-ideograph;'>附录A - 37 -
附录B - 38 -
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摘要
一氯化苯是化工生产中一种重要的基本原料,目前工业上主要以液相法和气相法生产一氯化苯,本次设计采用连续液相法,该反应过程为气液相反应,反应过程涉及气液两相,关于反应器的计算问题不易解决。故本次设计以流体动力学模型和数学模型为基础,考虑传热与传质问题,进行设计计算。由于此过程涉及了非线性方程组的数学计算问题。因此本设计采用MATLAB编程中的fsolve语言模拟计算了连续搅拌釜式反应器的有效容积,同时对反应器的筒体高度、筒体直径、夹套高度及直径、传热面积等进行了工艺尺寸计算,使产品达到45%的要求转化率。并在此基础上进行产品精馏,选择合适精馏塔进行工艺设计,以达到99.8%的纯度要求,由于精馏塔塔板计算较为复杂,本次设计结合Origin绘图软件采用图解法求解塔板数,同时根据选取的塔板间距进行工艺尺寸计算及流体力学验算等内容。本次设计完成了一氯化苯的基本生产工艺流程并绘制了连续搅拌釜式反应器与筛板式精馏塔的工艺条件图及设备布置图。
关键词:流体动力学模型;数学模型;MATLAB;Origin
Abstract
A chlorinated benzene is not only a kind of important basic chemical raw materials, mainly on the industry at present in the liquid phase method, gas phase method to produce a chlorinated benzene, this design USES the continuous liquid phase method, the reaction process of gas liquid phase reaction and reaction process involves the gas-liquid two phase, calculation problem of the reactor is not easy to solve.Therefore, the design is based on fluid dynamics model and mathematical model, considering heat transfer and mass transfer problem, and design calculation.This process involves the mathematical calculation of nonlinear equations.So this design adopts the fsolve in the language of MATLAB simulation to calculate the effective volume of the continuous stirred tank reactor, at the same time of the reactor shell height, clamp cylinder diameter, height and diameter, the heat transfer area of process dimension calculation, make products to meet the requirements of 45% conversion rate.And distillation, product selection is made on the basis of the appropriate column for process design, to meet the requirements of the purity of 99.8%, because of the rectifying tower plate calculation is more complicated, the design combined with Origin drawing software USES graphic method to solve the plate number, at the same time, according to the selected plate spacing process dimension calculation and fluid mechanics calculation, etc.This design completed a basic production process of chlorinated benzene and draw the continuous stirred tank reactor and sieve plate column process conditions and equipment layout.
Keywords: fluid dynamics model;Mathematical model;MATLAB;Origin
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
1. 绪论 - 1 -
1.1. 一氯化苯的介绍 - 1 -
1.1.1. 性质 - 1 -
1.1.2. 用途 - 1 -
1.2. 一氯化苯的发展 - 1 -
1.2.1. 国内发展 - 1 -
1.2.2. 国外发展 - 2 -
1.3. 一氯化苯的生产方式 - 2 -
1.3.1. 气相法氯化 - 3 -
1.3.2. 液相法氯化 - 3 -
1.3.3. 气相法与液相法对比 - 3 -
1.4. 本课题来源 - 3 -
1.5. 本文主要内容 - 4 -
1.6. 设计思路 - 4 -
1.7. 本章小结 - 4 -
2. 工艺设备及使用软件 - 5 -
2.1. 连续搅拌釜式反应器 - 5 -
2.1.1. 气液搅拌反应器简介 - 5 -
2.1.2. 连续搅拌釜式反应器简介 - 5 -
2.2. 板式精馏塔 - 6 -
2.2.1. 板式精馏塔简介 - 6 -
2.2.2. 塔设备选型 - 6 -
2.3. MATLAB软件 - 7 -
2.3.1. MATLAB编程简介 - 7 -
2.3.2. MATLAB编程特点 - 7 -
2.4. Origin软件 - 7 -
2.4.1. Origin软件简介 - 7 -
2.4.2. Origin软件主要功能 - 8 -
2.5. 本章小结 - 8 -
3. 连续搅拌釜式反应器的工艺设计 - 9 -
3.1. 设计方案 - 9 -
3.2. 基本条件 - 9 -
3.2.1. 设计任务 - 9 -
3.2.2. 主副反应及催化剂 - 9 -
3.2.3. 反应条件 - 9 -
3.2.4. 在该反应条件下所测数据 - 10 -
3.3. 物料衡算 - 10 -
3.4. 热量衡算 - 11 -
3.5. 计算反应器有效容积 - 12 -
3.6. 反应器选型设计 - 14 -
3.6.1. 确定反应釜的筒体及封头型式 - 14 -
3.6.2. 装料系数η - 14 -
3.6.3. 确定筒体和封头直径 - 14 -
3.6.4. 确定筒体高度 - 15 -
3.6.5. 确定夹套直径 - 15 -
3.6.6. 确定夹套高度 - 16 -
3.6.7. 校核传热面积 - 16 -
4. 板式精馏塔的工艺设计 - 16 -
4.1. 设计方案 - 17 -
4.2. 基本条件 - 17 -
4.2.1. 设计任务 - 17 -
4.2.2. 设计条件 - 17 -
4.3. 全塔的物料衡算 - 17 -
4.3.1. 料液及塔顶低产品含苯的摩尔分率[18] - 18 -
4.3.2. 平均摩尔质量[18] - 18 -
4.3.3. 料液及塔顶、塔底产品的摩尔流率 - 18 -
4.4. 塔板数的确定 - 18 -
4.4.1. 理论塔板数的NT求取 - 18 -
4.4.2. 实际塔板数NP - 20 -
4.5. 塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 - 21 -
4.5.1. 平均压力Pm[19] - 21 -
4.5.2. 平均温度[19] - 21 -
4.5.3. 平均分子量Mm[19] - 21 -
4.5.4. 平均密度ρm - 21 -
4.5.5. 液体的平均表面张力σm - 22 -
4.5.6. 液体的平均黏度 - 23 -
4.6. 精馏段的气液负荷计算 - 24 -
4.7. 塔和塔板主要工艺结构尺寸的计算 - 24 -
4.7.1. 塔径 - 24 -
4.7.2. 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 - 25 -
4.8. 塔板上的流体力学验算 - 27 -
4.8.1. 气体通过筛板压降hf和ΔPf的验算 - 27 -
4.8.2. 雾沫夹带量ev的验算 - 28 -
4.8.3. 漏液的验算 - 28 -
4.8.4. 液泛的验算 - 28 -
4.9. 精馏段塔板负荷性能图 - 29 -
4.9.1. 雾沫夹带线 - 29 -
4.9.2. 液泛线(气相负荷上限线) - 30 -
4.9.3. 液相负荷上限线 - 31 -
4.9.4. 漏液线(气相负荷下限线) - 31 -
4.9.5. 液相负荷下限线 - 31 -
4.9.6. 操作线与操作弹性 - 32 -
4.10. 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 - 32 -
结论 - 33 -
参考文献 - 34 -
谢辞 - 35 -
注释 - 36 -