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1、课 程 设 计 说 明 书 武 汉 工 程 大 学 化工与制药学院 课程设计说明书 课题名称 催化反应器设计 专业班级 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 武汉工程大学化工与制药学院 1 课程设计任务书课程设计任务书 专业专业 班级班级 学生姓名学生姓名 发题时间：发题时间： 年年 月月 日日 一一 课题名称课题名称 1 万吨/年产邻二甲苯催化氧化制邻苯二甲酸酐反应器的设计 二二 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量） 在过量空气存在情况下，以五氧化二钒为催化剂对邻二甲苯氧化制备邻苯 二甲酸酐产品，反应气中的苯酐产品通过两级冷却得以回
2、收，第一级得到液体 产品，第二级得到固体产品，最后，对粗品采用精馏的方法进行精制。反应器 为列管式固定床反应器，管内装球型催化剂，管外采用熔盐循环以移走放应热， 并副产高压水蒸气。反应产物以气体的形式从反应器移出，进入气体冷却器， 用高压水冷却，并副产中压蒸汽。粗品采用精馏的方法进行精制得到产品邻苯 二甲酸酐。邻二甲苯的转化率为 100，转化为苯酐的选择性为 79.生产时间 按每年 8000h 计算。 三三 设计任务（含实验、分析、计算、绘图、论述等内容）设计任务（含实验、分析、计算、绘图、论述等内容） 使用迭代方法来确定满足所有关于邻二甲苯转化率和温度分布要求的最优 设计。由计算机模拟得到的
3、设计参数包括：完全反应所需的管长，为有效控制 温度所需的管径，能将温差减小到可接受程度的冷却剂流量以及为有效散热和 防止反应器内出现热点所需的总传热系数。 （设计参数包括：反应管直径长度、 催化剂装填高度、壳程换热面积、压力降、冷却剂流量、沿管程温度分布、沿 管程组成分布、传热速率、反应物及产物和冷却剂的流速。 要求：编写邻苯二甲酸酐催化反应器模拟计算的 FORTRAN 程序，并在计 算机上计算出上述各项设计参数；用 CAD 画出邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐的 工艺流程图及催化反应器的外型图；设计说明书逻辑清楚，层次分明，书写工 整，独立完成；附简短的中、英文摘要。 2 四四 设计所需技术参数设
4、计所需技术参数 序号 名称 反应器进料组成（） 反应器出口气体组成（） 1 邻二甲苯 9.5 2 氧气 19.0 5.3 3 氮气 71.5 71.5 4 苯酐 10.5 5 马来酸酐 0.6 6 CO2 6.6 7 水 5.5 8 杂质 0.1 9 反应原料进口温度 205 10反应温度 307 11反应器出口温度 307 12熔盐组成 40NaNO2,7%NaNO3 ,53%KNO3(Wt%) 13熔盐入口温度 371 14熔盐出口温度 385 15反应压力 175kPa 五五 设计说明书内容设计说明书内容 1设计任务书 2题目名称，目录及页码 3前言包括设计依据、主要内容、特点等 4按设
5、计任务顺序说明 5结语包括设计体会、收获、评述、建议、致谢等 6参考文献 7主要技术符号说明 六六 进度计划进度计划 1设计动员，下达任务 0.5 天 2收集资料，阅读教材，理顺设计思路 0.51.5 天 3编程，调试，设计计算 35 天 4整理设计资料，撰写设计说明书 2 天 5指导教师审查，答辩 2 天 指导教师签名：指导教师签名： 教研室主任签名：教研室主任签名： 年年 月月 日日 年年 月月 日日 3 化工与制药学院化工与制药学院 课程设计课程设计综合成绩评定表综合成绩评定表 学生姓名学生班级设计题目 邻二甲苯催化氧化制邻苯二甲酸酐反应器的设计 指导教师评语 指导教师签字： 年 月 日
6、 答辩记录 答辩组成员签字： 记录人： 年 月 日 成绩综合评定栏 设计情况答辩情况 项 目 权 重 分 值 项 目 权 重 分 值 1、计算和绘图能力351、回答问题能力20 2、综合运用专业知识能力10 2、表述能力（逻辑性、条理性） 10 3、运用计算机能力和外语能力10 4、查阅资料、运用工具书的能 力 5 5、独立完成设计能力5 6、书写情况（文字能力、整洁 度） 5 综合成绩 指导教师签名： 学科部主任签名： 4 年 月 日 年 月 日 I 摘摘 要要 化学反应器是整个化工工艺流程的核心设备，是化工生产中实现化学物质 转化的必要工序，被誉为化工厂的“心脏” 。本次课程设计是综合运用
7、已学课程 知识，完成以一个单元设备反应器设计为主的一次实践性教学，是连接理论和 实际的重要桥梁，在整个教学过程中起到培养学生实际能力的重要作用。使用 迭代方法来确定满足所有关于邻二甲苯转化率和温度分布要求的最优设计。运 用计算机模拟并计算得到管长、管径、压力降、冷却剂流量等设计参数。反应 器设计要求学生更加熟悉化工工程设计的基本内容。宗旨是使学生能够熟练掌 握化工生产工艺设计理念、设计程序和设计方法，锻炼学生分析问题、解决问 题的能力。培养学生综合理论知识解决实际问题的能力，训练学生的计算能力 和思考问题的能力，训练学生查阅技术资料、选用公式、搜集数据和制图的能 力。 关键词：催化反应器；设计
8、；邻二甲苯 II AbstractAbstract Chemical reactor is the core of the entire chemical process equipment, chemical production processes is necessary to achieve the transformation of chemical substances, chemical plant known as the “heart.“ The course has been designed to be integrated use of knowledge course
9、s, complete with a unit device once the reactor design based practical teaching, is to connect theory and practice important bridge, play an important practical ability of students in the teaching process effect. Using an iterative method to determine satisfy all about the o-xylene conversion rate a
10、nd temperature distribution optimum design requirements. The use of computer simulation and calculate the tube length, diameter, pressure drop, coolant flow and other design parameters. Reactor design requires students to become more familiar with the basic content of chemical engineering. Aim is to
11、 enable students to master the chemical production process design, design process and design methods, training students to analyze problems, problem-solving abilities. Students comprehensive theoretical knowledge and ability to solve practical problems, training of students of computing power and th
12、e ability to think, and training students ability to access technical data, the choice of formulas, data collection and mapping. KeywordsKeywords：catalytic reactor；design；o-xylene III 目 录 摘 要.I AbstractII 前 言1 第 1 章 文献综述2 1.1设计内容2 1.2催化反应器的分类2 1.3设计原理2 第 2 章反应器设计参数的计算 .4 2.1物质的理基础数据4 2.2物料衡算4 2.3计算机
13、模拟5 2.4管数6 2.5壳程换热面积6 2.6压力降6 2.7.1 管程压力降 .6 2.7.2 壳程压力降 .7 2.7冷却剂流量7 2.8沿管程温度分布8 2.9沿管程组成分布9 2.10传热速率9 第 3 章 设计结果汇总11 第 4 章 结论与建议13 致 谢14 参考文献15 附 录16 武汉工程大学本科课程设计设计 1 前前 言言 化学反应器是整个化工工艺流程的核心设备，是化工生产中实现化学物质转化的必 要工序，被誉为化工厂的“心脏” 。本次课程设计是综合运用化学反应工程 化工过 程模拟 化工工艺学 化工设计及开发和化工制图等课程知识，完成以一个 单元设备反应器设计为主的一次性
14、实践教学，是连接理论和实际的重要桥梁，在整个教 学过程中起到培养学生实际能力的重要作用。 本次设计使用迭代方法来确定满足所有关于邻二甲苯转化率和温度分布要求的最优 设计。由计算机模拟得到的设计参数包括：完全反应所需的管长，为有效控制温度所需 的管径，能将温差减小到可接受程度的冷却剂流量以及为有效散热和防止反应器内出现 热点所需的总传热系数。 （设计参数包括：反应管直径长度、催化剂装填高度、壳程换热 面积、压力降、冷却剂流量、沿管程温度分布、沿管程组成分布、传热速率、反应物及 产物和冷却剂的流速。 ） 反应器课程设计要求学生更加熟悉化工工程设计的基本内容。宗旨是使学生能够熟 练掌握化工生产工艺设
15、计理念、设计程序和设计方法，锻炼学生分析问题、解决问题的 能力。培养学生综合理论知识解决实际问题的能力，训练学生的计算能力和思考问题的 能力，训练学生查阅技术资料、选用公式、搜集数据和制图的能力。 因自己学识有限，设计中一定有很多疏漏和错误之处，恳请老师同学批评指正。在 此，感谢老师的耐心指导使得我的设计工作得以圆满完成！ 武汉工程大学本科课程设计设计 2 第第 1 1 章章 文献综述文献综述 1.11.1 设计内容设计内容 化学反应器是整个化工工艺流程的核心，是实现化学物质转化的必要工序。反应器 的设计一般包括下列内容： 1根据反应过程的化学基础和生产工艺的基本要求，进行反应器的选型设计； 2根据化学反应与有关流体力学、热量、质量传递过程综合宏观反应动力学，计算反应 器的结构尺寸； 3
