方案方案总成本指数换热面积设备成本指数热负荷冷负荷操作成本指数通过对以上种方案进行对比，我们从以下几个角度最终确定选择方案。从换热的难易程度考虑，在实际的工程换热中，对于相距较远的设备换热成本太高，而且换热效率低，所以通过几种方案的对比，我们发现方案更为满足这条件，多数的换热都是在反应器出口物流与入口物流之间进行，还有部分的热量是精馏塔与入口物流之间交换，其余热量均通过公用工程来交换。从换热面积角度考虑，方案属于换热面积最小的种方案，其经济指数最低，使得生产过程能耗更低。其优化后的换热网络如图所示。热集成前后冷热公用系统对比如下表所示。表热集成前后冷热公用系统对比表项目热公用系统冷公用系统换热单元数匹配前匹配后节能图换热网络优化结构图设备选型化工设备选型的原则合理性即设备必须满足工艺要求，设备与工艺流程生产规模工艺操作条件工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。先进性要求设备的运转可靠性自控水平生产能力转化率收率效率要尽可能达到先进水平。安全性要求安全可靠操作稳定弹性好无事故隐患。对工艺和建筑地基厂房等无苛刻要求工人在操作时，劳动强度药效，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件辅料。经济型设备投资节省，设备易于加工维修更新，没有特殊的维护要求，运行费用少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，并易于被国内消化吸收改进利用，避免盲目性。系统性化工过程是个完整的系统，设备设计时不能仅关注单设备，避免因个别设备妨碍整个系统优化注重经济性的同时，还应通盘考虑，保留适当裕量，以免在日后扩产和工艺调整时成为系统瓶颈。反应器设计本项目反应器选型如下表反应器选型羰化反应器设计概述列管式固定床反应器在结构上类似管壳式热交换器。反应管直径视热效应大小,通常为,两端固定在管板上,管数可以几百根至几万根。反应器按壳程流体流动方式分为平行流和错流两种,按载热体的冷却方式可分为内循环和外循环两种。本设序号位号反应反应器选型酯化反应反应精馏塔羰化反应列管式固定床加氢反应列管式固定床计以羰化工段的反应器设计为例计算。羰化反应为强放热反应，本项目设计其反应器为外循环平行流式反应器，反应器具体形式见图。图外循环平流式列管固定床反应器封头管板环形流道环形通道周向开孔分布板反应器壳体了反应管拐电机连接管轴流泵泵室加热装置滑阀冷却器冷却管载热体由泵推动,经连接管由下部环形流道通过反应器壳体沿周向分布的孔均匀地径向进入反应器内。然后,面继续沿径向流向反应器内部,面通过分布板,不断地沿轴向进入管间。载热体流过分布板,再折向径向,经壳体上周向开孔流入环形流道,经连接管,进入泵。经泵后,载热体分成两部分部分进入泵室另部分进入冷却器,经冷却管冷却后返回泵内,与进入泵室的载热体混和,以移走反应热。冷却管中的水受热后形成气泡并上升至汽水分离器内,故需由管不断补充冷却水,使冷却管中水面保持在定的位置。水蒸汽由接管逸出。反应动力学模型反应器内为亚硝酸甲酯和氧化碳混合气体，通过固体催化剂，于定温度和压力下，经过反应生成草酸二甲酯，反应方程式可以表示为动力学模型为反应条件经过查阅资料，发现最优反应温度范围为，最优反应压强范围为。本工艺生产规模及条件为处理量万吨年年操作时间反应温度反应压强单程转化率单程转化率选择性物料衡算由对物料进行模拟，以转化率模型代替动力学模型对羰化反应器进行模拟，结果见表，详细数据见源文件。表模拟数据反应器进反应器出续表反应器进反应器出羰化反应器设计计算催化剂床层体积和反应器体积原料的体积流量，设定的反应空速为,则反应器催化剂床层体积的体积为根据催化剂装填经验，催化剂般装填整个反应器的，此处我们选取装填量，则反应器体积为催化剂床层截面积和装填高度为空床操作气速，按经验取床层截面积装填高度催化剂床层空隙率，本催化剂取催催器器最终床层高度圆整为。设定的催化剂装填安全裕度，则反应管长圆整反应管长为。装填催化剂的量床层装有中空类球形催化剂助剂，堆密度为，孔径为，比表面积为，则反应器所需催化剂的总质量为催化剂的堆积密度反应器管数给定管子，故管内径为，即为管长为，催化剂充填高度为，管心距。因此圆整为根，呈正三角形排列。反应器壳体内径羰化反应器管数为根，反应管采用错列正三角形排列。采用焊接法，则管心距为总根器图管排布横过管束中心线的管数为壳体内径为其中为管束中心线最外层管的中心至壳体内壁的距离，般情况下取本工艺取则壳体内径为圆整壳体内径为。则整体反应器的长径比压力降估算修正雷诺数计算混合气体的平均密度，根据模拟结果，为反应混合物气体平均黏度，根据模拟，为根反应器最小段高平均停留时间，为压力降估算可知设计的反应器压力降小于入口压力的，满足要求。反应器热量衡算由于本反应为强放热反应，其采用的是平行流式固定床反应器，反应放出的热量通过管外循环流动的的载热体带走。本设计载热体选用的热水，沿分布板与管子的环隙均匀流入反应器，进人反应器的载热体作平行流动并与管内流体换热,经反应器壁上的开孔汇环环形流道，上环形流道作变质量合流流动后流出反应器。环形流道设计环形流道结构如图所示,内径为,通道截面为的矩形。环形流道进口直径为,出口为内壁上的个小圆孔。流体从进口流入环形流道沿圆周流动,从环形流道内侧壁开孔处流出反应器。图环形流道热量衡算及换热介质用量反应物质及的定压热容参数见表表和热容参数单位成分计算方程为则根据计算得在定压热容为在时的定压热容为各组分平均热容见表表各组分平均热容进口出口平均平均原料带入的热量，以为基准，则基原料带出的热量，以为基准，则根据文献，该反应反应热为通过模拟可知，反应产为则反应热为换热介质带出的热量为，忽略热量损失，则