【正文】 氣緩沖罐，經(jīng)氫氣緩沖罐后送出的氫氣，經(jīng)流量調(diào)節(jié)后進(jìn)入E103換熱器，在換熱器內(nèi)與高溫的反應(yīng)氣體換熱。為了解決反應(yīng)熱的導(dǎo)出問(wèn)題，中試裝置選擇非絕熱列管式固定床反應(yīng)器，進(jìn)行甲苯氣相加氫反應(yīng)，并通過(guò)付產(chǎn)蒸汽移出反應(yīng)熱量的工藝流程。催化劑在此工程反應(yīng)上是一個(gè)最重要的原因， ，結(jié)合物料的體積流量，得出催化劑的體積，進(jìn)而核算反應(yīng)器的公稱尺寸。甲苯加氫是強(qiáng)放熱反應(yīng)，高溫將降低平衡轉(zhuǎn)化率。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸，防止包裝破損。包裝上應(yīng)有明顯的“易燃物品”和“有毒品”的標(biāo)志?？裳苌玫胶芏嘧罱K產(chǎn)品，其中在聚氨酯制品；染料和有機(jī)顏料；橡膠助劑；醫(yī)藥；炸藥等方面最為重要。甲苯的環(huán)氯化產(chǎn)物是農(nóng)藥；醫(yī)藥；染料的中間體。有刺激性。蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限℃。能與乙醇、既為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)裝置摸索生產(chǎn)條件，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，也是市場(chǎng)提供附加值較高的甲基環(huán)已烷純?nèi)軇┊a(chǎn)品。以甲苯為原料生產(chǎn)甲基環(huán)已烷純?nèi)軇驅(qū)⒓谆h(huán)已烷與現(xiàn)有的溶劑油產(chǎn)品調(diào)合，生產(chǎn)窄鎦程、用途專一的溶劑油將會(huì)提升現(xiàn)有產(chǎn)品的附加值，滿足溶劑市場(chǎng)的需要。不飽和有機(jī)液體化合物作儲(chǔ)氫劑，可循環(huán)使用，烯烴、炔烴、芳烴等不飽和液體有機(jī)化合物均可作儲(chǔ)氫材料，但從儲(chǔ)氫過(guò)程的能耗、儲(chǔ)氫量、儲(chǔ)氫劑物性等方面考慮，以芳烴特別是單環(huán)芳烴作儲(chǔ)氫劑最佳其中甲苯是比較理想的儲(chǔ)氫材料。有關(guān)氫能技術(shù)的研究的近年來(lái)取得了可喜的進(jìn)展，但仍有不少技術(shù)問(wèn)題需要研究，儲(chǔ)氫技術(shù)便是其中的一個(gè)難點(diǎn)課題。泄露處理： 首先切斷一切火源，戴好防毒面具與手套，用不燃性分散劑制成乳液刷洗，如無(wú)分散劑可用砂土吸收，倒到空曠地掩埋，受污染的地方用肥皂或洗滌劑刷洗，經(jīng)稀釋后，污水放入廢水系統(tǒng)，大面積泄露周圍應(yīng)設(shè)霧狀水幕抑爆。應(yīng)與氧化劑分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。避免與氧化劑接觸。建議操作人員佩戴過(guò)濾式防毒面具（半面罩），穿防靜電工作服，戴橡膠耐油手套。食入：飲足量溫水，催吐。保持呼吸道通暢。就醫(yī)。工作場(chǎng)所最高容許濃度為500ppm（美國(guó)）。 燃燒(分解)產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，引起燃燒或爆炸。 烷毒性及防護(hù)毒性：屬低毒類。 生產(chǎn)方法在150℃、約11MPa壓力下加氫反應(yīng)5h，加得到較純的甲基環(huán)已烷。甲基環(huán)己烷可用于有機(jī)合成，作溶劑及分析試劑。在催化劑存在條件下發(fā)生脫氫反應(yīng)生成甲苯。本品為無(wú)色液體，有特殊香味。甲基環(huán)己烷對(duì)酸、堿比較穩(wěn)定。不溶于水，能與丙酮、苯、乙醚、四氯化碳、乙醇、高級(jí)醇相混溶。除此之外甲基環(huán)己烷也可用作校正溫度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)物。精制時(shí)可用濃硫酸、水、5%氫氧化鈉溶液和水依次洗滌，用脫水劑干燥，最后進(jìn)行蒸餾而得成品。 急性毒性：LD502250mg/kg(小鼠經(jīng)口)；LC5041500mg/m3，2小時(shí)(小鼠吸入) 亞急性和慢性毒性：兔暴露于40g/m3，6小時(shí)/天，每周5天，2周后全部死亡；，10周共300小時(shí)，出現(xiàn)肝腎輕微損害。在火場(chǎng)中，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。皮膚接觸能引起紅腫、皸裂、潰瘍等。生產(chǎn)車間有良好的通風(fēng)，設(shè)備應(yīng)密閉。眼睛接觸：提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗。如呼吸困難，給輸氧。就醫(yī)。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。灌裝時(shí)應(yīng)控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。遠(yuǎn)離火種、熱源。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。表11 甲基環(huán)己烷的技術(shù)指針主要技術(shù)指針參 考測(cè) 量 值合格測(cè)量?jī)x器或方法含量( %，≥)98Y氣相色譜儀相對(duì)密度(20℃)Y密度計(jì)折射率(20℃/25℃)Y阿貝折射儀沸點(diǎn)(,℃)101Y毛細(xì)管測(cè)定法餾程( %, ≥)9810499102Y蒸餾法酸度(以乙酸計(jì)≤)YGB9736 設(shè)計(jì)過(guò)程中主要以高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)手冊(cè)為主，結(jié)合指導(dǎo)老師提出的畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求（掌握化工生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)的基本要求及主要內(nèi)容；掌握設(shè)計(jì)原則，了解工廠與車間布置內(nèi)容，廠址選擇的方法和應(yīng)遵循的原則。氫能的儲(chǔ)存比汽油、柴油、煤炭等常規(guī)能源困難得多。甲苯加氫的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究已有報(bào)道。 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)或項(xiàng)目來(lái)源中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司研究院對(duì)自制的甲苯加氫催化劑時(shí)行了試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，摸索出在絕熱環(huán)境的反應(yīng)條件。 原材料及公用物料規(guī)格A．物性及用途甲基苯 C6H5CH3 別名甲苯，為無(wú)色透明易燃液體。乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，極微溶于水。折光率%～%（體積）。甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機(jī)化工的重要原料，但與同時(shí)從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產(chǎn)量相對(duì)過(guò)剩，因此相當(dāng)數(shù)量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐劑（主要使用其鈉鹽），也用作有機(jī)合成的中間體。B．毒性及防護(hù)本品具有中等毒性，對(duì)皮膚和粘膜刺激性大，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)作用比苯強(qiáng)，但因甲苯最初被氧化生成苯甲酸，對(duì)血液有較大毒害。屬一級(jí)易燃液體。D．質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)滿足GB340690《石油甲苯》標(biāo)準(zhǔn)的要求，主要指標(biāo)見(jiàn)表（13）：表12原料甲苯的主要指標(biāo)項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)GB3406試驗(yàn)方法優(yōu)級(jí)品一級(jí)品外觀透明，無(wú)不溶于水及機(jī)械雜質(zhì)密度（20℃），kg/ cm3865~868 865~868GB/T2013酸洗比色 不深于24GB/T2012總硫含量，mg/kg 不大于22GB/T0253顏色（HaZen）不深于2020GB/T3143蒸發(fā)殘余物，mg/100ml55GB/T3209中性試驗(yàn)中性中性GB/T1816烴類含雜質(zhì)量苯含量,%(m/m) 不大于碳八芳烴含量,%(m/m) 不大于非芳烴含量,%(m/m) 不大于0. 10. 10. 25GB/T3144 氫 氣組分 H2N2壓力體積分?jǐn)?shù)（%）≥ 93%(V)≤ %(V) ~~MPa 蒸 汽 壓力 溫度 230℃ 軟 水電阻率壓力溫度≥1105歐/cm MPa環(huán)境溫度(25℃) 新鮮水壓力溫度環(huán)境溫度(25℃)污垢系數(shù) Cl－ ≤100mg/LpH值~供水壓力回水壓力供水溫度33℃回水溫度40℃ 氣N2≥%(V)O2≤10ppm(v)油含量無(wú)CO 無(wú)壓力溫度 ≤40℃ 質(zhì)量無(wú)油無(wú)塵露點(diǎn)40℃()壓力溫度≤40℃ 裝置空氣質(zhì)量無(wú)油無(wú)塵露點(diǎn)25℃()壓力溫度≤40℃380V/220V+10%，50HN+1%，TNC系統(tǒng)，中性點(diǎn)接地與PE線合為一根。實(shí)驗(yàn)表明在130~170℃溫度下，甲苯轉(zhuǎn)化率達(dá)96%以上。整個(gè)過(guò)程就圍繞這個(gè)反應(yīng)需要的條件而展開(kāi)核算的。 與絕熱固定床反應(yīng)器的流程相比，中試裝置的工藝流程具有以下特點(diǎn)：1. 反應(yīng)溫度易于調(diào)節(jié)控制；2. 反應(yīng)熱付產(chǎn)蒸汽，不需要靠氫氣循環(huán)帶出熱量，因而裝置的能量消耗較代低；3. 由于反應(yīng)易于平穩(wěn)控制，因而產(chǎn)品的質(zhì)量比較穩(wěn)定，催化劑使用周期延長(zhǎng)。被加熱后的氫氣進(jìn)入汽化器內(nèi)，與甲苯氣體混合，并加熱至反應(yīng)溫度后進(jìn)入R101加氫反應(yīng)器。 從加氫反應(yīng)器出來(lái)的反應(yīng)氣體，在換熱器內(nèi)與新鮮氫氣換熱，反應(yīng)氣體被冷卻后，進(jìn)入冷凝器E104。 自控水平 本項(xiàng)目為3000t/a甲苯加氫生產(chǎn)甲基環(huán)已烷中試裝置，其控制系統(tǒng)利用在建的原科研實(shí)驗(yàn)裝置的PLC系統(tǒng)。下面僅就甲苯流量與氫氣流量比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)作一介紹： 甲苯流量與氫氣流量比值調(diào)節(jié)回路主回路測(cè)量值取甲苯流量信號(hào)，調(diào)節(jié)器的輸出分別控制甲苯泵P101a/b變頻器的轉(zhuǎn)速，控制甲苯流量衡定。 現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)置布置說(shuō)明中試裝置擬建于原科研試驗(yàn)裝置區(qū)域內(nèi)?！妒突て髽I(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，甲類工藝裝置之間的防火間距為30m。 ，府視圖面上有：R101,V101,V103,E104.平豎面布圖詳見(jiàn)附圖4。物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。但要注意物料物質(zhì)的量（mol）不一定守恒，另外實(shí)際上的物料平衡要考慮到開(kāi)始的物料組成和最后的產(chǎn)品組成，還要考慮組分的過(guò)剩量、轉(zhuǎn)化率以及原料和產(chǎn)品的損失等。所以衡算式可寫成： (32) 物料流程示意圖整個(gè)過(guò)程的物料流向如圖31所示甲苯1預(yù)熱氣化反應(yīng)器換熱器氫氣成品罐冷凝器尾氣23456879圖 31 物料的衡算以下計(jì)算過(guò)程都以1甲苯為參照，時(shí)間取1h 為基準(zhǔn)。設(shè)與1甲苯反應(yīng)需要?dú)錃獾牧繛镹 ；反應(yīng)進(jìn)氣中N2的量：尾氣中N2的量：即 = (33)整理得：代入數(shù)據(jù)得：,. 參照物料流程圖，對(duì)各控制點(diǎn)的物料衡算（1）. 反應(yīng)器入口氣的組成（%）（3點(diǎn)） 進(jìn)口氣中甲苯的流量：。反應(yīng)器入口氣總的流量：+++ =。y 3,雜質(zhì) =100% = %。烴雜質(zhì)的流量：。y4,雜質(zhì) = y7,雜質(zhì)=100% = %反應(yīng)器出口氣組成見(jiàn)表（32）：表 32 反應(yīng)器出口氣摩爾百分比組成甲 環(huán)氫 氣氮 氣雜 質(zhì)合 計(jì)%（）100（3）甲苯入氣化器的組成 （%）(1,2,8點(diǎn)) 甲苯流量：。 y1,雜質(zhì) = y2,雜質(zhì)= y8,雜質(zhì) = 100% = %。 y5,氫氣 = y6,氫氣= 100% = 93%。尾氣物料總流量：+ = 。因此它是衡量工藝流程、設(shè)備設(shè)計(jì)和操作制度是否先進(jìn)的主要指標(biāo)之一。預(yù)熱器開(kāi)始對(duì)以上提到的設(shè)備進(jìn)行能量衡算。N熱水 = kmolws = kg/h 換熱器的熱量衡算熱量衡算示意圖(39)：冷凝器Q3，T℃Q4加氫反應(yīng)氣Q1，200℃加氫反應(yīng)氣氫氣 T℃氫氣 25℃Q2 圖 39在換熱器中，反應(yīng)氣中的甲基環(huán)已烷有部份冷凝，但是考慮到其相對(duì)量很小，所以計(jì)算中忽略。Pc 臨界壓力，atm查1980年化學(xué)工業(yè)出版社出版的《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一篇，上冊(cè) 知甲基環(huán)已烷的關(guān)物性常數(shù)：Tb= Tc= Pc = 進(jìn)一步算出：Pvp = Pvpr = Tbr = = ,由以上數(shù)據(jù)可得：T = =℃℃，反過(guò)來(lái)在同樣的條件下，溫度下也會(huì)液化。 n = 由于工業(yè)上的估算誤差，我們?nèi) = 255根 核算反應(yīng)器的公稱直徑DN外管管口面積為：∴S = 由于開(kāi)孔率為35—40%, 取開(kāi)孔率為38%則反應(yīng)器的截面積:S器= S/ = ∴d器= 828mm查 《化工工藝手冊(cè)》 表233結(jié)合加工原則取 DN = 850mm 換熱器 總能量的計(jì)算 由能量衡算過(guò)程可知， 總傳熱系數(shù)K的計(jì)算 因?yàn)閾Q熱器設(shè)備在設(shè)計(jì)中是比較成熟的，一些參數(shù)可以不要再算，所以這里就參照資料直接選總傳熱系數(shù)K值. 參照同類型設(shè)備，經(jīng)實(shí)際工業(yè)校核，取總傳熱系數(shù) 求取△tm (41)200 130130 25△t1 = 70℃ △t2 = 105℃ 求得 △tm = 86℃ 計(jì)算總傳熱面積 由 Q = KA△tm (42)得 A = Q/ K△tm (43) 代入數(shù)據(jù)得： A = 核算管子規(guī)格由于氣體中含有不凝氣體，且壓力較高，取其流速μ= 20m/s, 物料衡算中可知，Vs = (44) 算出 d = 參照《化工工藝手冊(cè)》 常用設(shè)備系列選用192mm 的碳鋼管其內(nèi)徑為：di = 1922 = 15mm 求取管子根數(shù) (45)由一般的經(jīng)驗(yàn)，立式換熱器取 l= 3000mm管子單程排列，管程數(shù)為1，NT =（π153000）=取 NT = 90 求算管心距管子的排列為正三角形，, d 管外徑Pt = 19 = 參照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，圓整取 Pt = 25mm 核算換熱器的公稱直徑DN 由《化工工藝手冊(cè)》圖228的公式 (46)=查 《化工工藝手冊(cè)》 表233結(jié)合加工原則取 Ds = 200mm 折流板數(shù)折流板采用弓形，缺口高度為直徑的30%，折流板間距最小為殼體直徑的1/3~1/2即 ~~125mm考慮到氣體流速快，傳熱系數(shù)??；故采用增加折流板數(shù)，減小板間距的辦法；取 折流板間距為 50mm 膨脹節(jié)