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文件名称:2025《间苯二甲酸生产反应器设计综述》2600字.docx
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更新时间:2025-05-18
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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