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间苯二甲酸生产反应器设计综述
1.1反应器类型的选择
间二甲苯制备IPA的反应器类型挺多，都需要定做。本项目选择固定床。由于生产量比较大，对温度也有一定的要求，需要一台反应器，反应器位号是R0101，反应器设计的温度问180℃。
1.2反应条件及设计数据
1.催化剂的选择及物性
间苯二甲酸生产过程中，Co(CH3COO)2/Mn(CH3C00)2/溴化物作催化剂是最有效的催化体系，其理化性质见表1.1。
表1.1催化剂的物性参数
催化剂形状
粉状混合物
颗粒密度
3.4mm
孔体积
0.101ml/g
视密度
0.696g/ml
堆积密度
0.75g/ml
比表面积
3.52m2/g
空隙率
0.58
2.反应条件以及基本设计数据
反应器的设计数据如表1.2所示：
表1.2反应器设计数据
参数
间苯二甲酸年产量
年工作时间
反应温度
反应压力
原料配比
空速
反应选择性
数值
20万t
7200h
180℃
1.9bar
MX:O2=1:3.3
2100h-1
90.00%
反应器的进出口物料组成见表1.3：
表1.3反应器进出口物料
摩尔流量/(kmol/h)
进口
出口
总进出料
1091.05
951.879
M-XYL-01
173.7
0
OXYGE-01
574.95
0.003
WATER
0
402.984
CARBO-01
0
55.584
ISOPH-01
0
170.226
ACETI-01
347.4
319.608
ISOPH(S)
0
0
3-CAR-01
0
3.474
HYDRO-01
0
0
M-TOL-01
0
0
NITRO-01
0
0
各物质的相对分子质量见表1.4：
表1.4各物质相对分子质量
物质名称
相对分子质量/（g/mol）
物质名称
相对分子质量/（g/mol）
间二甲苯
106
间苯二甲酸（固）
166
氧气
32
3-羧基苯甲醛
150
水
18
氢气
2
二氧化碳
44
间甲基苯甲酸
136
间苯二甲酸
166
氮气
28
醋酸
60
由表1.3和表1.4可算得，进出料组分中平均相对分子质量为：
Min
Min
各物质的相关物性参数数据见表1.5：
表1.5物性参数数据
名称
密度ρ/（kg/m3）
临界温度Tc/K
临界压力Pc/MPa
临界压缩因子Zc
间二甲苯
0.868
343.9
3.45
0.331
氧气
0.626
304.2
7.38
0.274
水
0.353
440
4.6
0.262
二氧化碳
0.861
839
5.89
0.246
间苯二甲酸
1.507
1111.85
4.32
1.079
醋酸
1.18
154.6
5.04
0.288
间苯二甲酸
1.507
1111.85
4.32
1.079
3-羧基苯甲醛
1.235
654.3
3.64
0.562
氢气
0.0899
33.19
1.313
-0.216
间甲基苯甲酸
1.323
803.52
3.92
0.779
氮气
0.548
132.3
3.5
0.299
进出口组分中的密度计算如下：
ρin=MinZinRTp=0.548
ρout=MoutZoutRTp=0.637
各组分的黏度见表1.6：
表1.6组分黏度表
物质名称
粘度/(μPa·s)
物质名称
粘度/(μPa·s)
间二甲苯
75.00
间苯二甲酸（固）
0
氧气
11.50
3-羧基苯甲醛
63.24
水
20.99
氢气
0.010
二氧化碳
28.98
间甲基苯甲酸
80.51
间苯二甲酸
98.32
氮气
35.41
醋酸
20.61
进出口组分混合物黏度的计算如下：
Nin=yi,inμi=37.33μPa·s
Nout=yi,outμi=41.44μPa·s
1.3反应器床层高度设计
由公式：V
式中，V0—原料混合物体积流量；Vb—催化剂床层体积，m3；Sv—反应体积空速，h-1
V0=F02×22.4=1096.052
根据VO，SV，可得催化剂床层体积:Vb
而催化剂空隙率ε=0.58，则催化剂实际体积为：
V
催化剂的装填密度为400kg/m3，则催化剂的质量为M=
氧化反应器的床层截面积及高度计算：
取标准状态下空管气速经验值为u=0.60m/s
则床层截面积A=
床层高度H=
这里取装填系数为0.95，则填料高度Hm
1.4反应器管数的计算
本设计列管内径选择的是44mm的16Mn钛管，对列管的名义壁厚进行计算：δ
δn:名义厚度，mm;
σt
φ:焊接接头系数，取0.92
壁厚附加量C=C1+C2
δ
圆整后的名义厚度是2mm。
选用规格是φ48×2mm尺寸的无缝钢管