化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)-乙苯脫氫氧化法合成苯乙烯固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)-wenkub
2023-07-22 20:00:08 本頁(yè)面
【正文】 與制藥工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級(jí) 11*班 指導(dǎo)教師： 張向京 （教授） 劉潤(rùn)靜 （ 教授 ） 20xx 年 6月 設(shè)計(jì) 任務(wù)書 固定床反應(yīng)器，又稱 填充床反應(yīng)器， 是 裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。 一、設(shè)計(jì)題目 任選一工業(yè)可實(shí)施的氣固相催化反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 三、 工作內(nèi)容及要求 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介 產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、生產(chǎn)及銷售情況、國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)工藝及優(yōu)缺點(diǎn) （重點(diǎn)從反應(yīng)器角度論述） 等等。 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì)說明書編制 對(duì) 以上 設(shè)計(jì)內(nèi)容匯總，按正規(guī)格式編寫《設(shè)計(jì)說明書》。德國(guó)巴斯夫公司和美國(guó)陶氏化學(xué)公司于世紀(jì)年代首先實(shí)現(xiàn)了苯乙稀的工業(yè)化生產(chǎn) ,由于苯乙烯下游產(chǎn)品市場(chǎng)需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng) ,世界苯乙稀生產(chǎn)速度發(fā)展飛快 ,到 20xx年為止世界苯乙烯的產(chǎn)量約為 3535萬噸年 ,預(yù)計(jì)到年世界的苯乙稀產(chǎn)量能達(dá)到 3959 萬噸年。同時(shí)受國(guó)內(nèi)苯乙稀新建裝置開工較晚、 工率較低以及對(duì)國(guó)內(nèi)沒有形成有效的供應(yīng)的影響 ,使得我國(guó)的苯乙烯市場(chǎng)仍呈產(chǎn)不足需的現(xiàn)狀。在包括苯乙烯化工生產(chǎn)在內(nèi)的石油化學(xué)工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下 ,對(duì)于已建的工業(yè)裝置而言 ,過程優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)是解決石化行業(yè)“高能耗、高消耗、高污染”等問題的重要手段。在連續(xù)過程工業(yè)中 ,往往上游裝置的部分產(chǎn)品是下游裝置的原料 ,整個(gè)生產(chǎn)過程存在著裝置間的物流分配和能量平衡等一系列的問題。乙苯在被水蒸汽稀釋的氛圍中進(jìn)行催化脫氧反應(yīng)生產(chǎn)苯乙稀和副產(chǎn)物 ,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精傾系統(tǒng)得到分離與提純。此外苯乙烯生產(chǎn)過程的優(yōu)化研究可對(duì)中石化相關(guān)生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗提供經(jīng)驗(yàn)。 此外，丙烯腈還可用于生產(chǎn)其他樹脂，并廣泛應(yīng)用于制藥、涂料、紡織等行業(yè)。從我國(guó)苯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀來看 ,國(guó)內(nèi)需求的巨大缺口和持續(xù)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭 ,是我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)不斷增長(zhǎng)的原動(dòng)力 。 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁(yè) 共 14 頁(yè) 2 反應(yīng)原理 乙苯側(cè) 鏈上的乙基易于脫氫生成苯乙烯。 同時(shí) , 水蒸氣與催化劑表面積炭發(fā)生水煤氣反應(yīng) , 使催化劑自動(dòng)再生。在高溫下，若要使脫氫反應(yīng)占主要優(yōu)勢(shì)，就必須選擇性能良好的催化劑。 我國(guó)乙苯脫氫催化劑的開發(fā)始于 60 年代，已開發(fā)成功的催化劑有蘭州化學(xué)工業(yè)公司 315 型催化劑； 1976 年，廈門大學(xué)與上海高橋石油化工公司化工廠合作開發(fā)了 XH11催化劑，隨后又開發(fā)了不含鉻的 XH210 和 XH02催化劑。 動(dòng)力學(xué)方程 查資料， 其宏觀反應(yīng)速率方程式為： rE=kT(pEpS*pH)/K kT=12590exp(11000/T)[5] 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁(yè) 共 14 頁(yè) 3 設(shè)計(jì)條件 苯乙烯 的生產(chǎn)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、原料配比和循環(huán)比、抑制劑等工藝條件的制約。所以脫氫反應(yīng)溫度的確定不僅要考慮獲取最大的產(chǎn)率，還要考慮提高反應(yīng)速度與減少副反應(yīng)。但進(jìn)料比過大 , 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率也不會(huì)有太大的提高 , 反而會(huì)使能耗增加 。 [7] 水蒸氣用量 水蒸氣作為稀釋劑，還能供給脫氫反應(yīng)所需部分熱量，也可使反應(yīng)產(chǎn)物尤其是氫氣的流速加快，迅速脫離催化劑表面，有利于反應(yīng)向生成物方向進(jìn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，乙苯與水蒸氣之比一般為 l： ～ （質(zhì)）。 物料衡算 F=D+W W=D W=9000/(330*24**106) FEO*dxE=(rE) ρ B*π /4*Di2*dl 根據(jù)計(jì)算可得 ，乙苯進(jìn)料量為 kmol/h。 熱量計(jì)算 查資料 ， 取乙苯的進(jìn)料帶入熱量 Q1=216*831=196116kJ/kg 反應(yīng)后帶出熱量 Q2=118*422+118*1025=170746 kJ/kg 反應(yīng)放熱 Q=1000*118*=1139000 kJ/kg 所以，換熱量 Qc=196116+1139000170746=1164370 kJ/kg 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 9 頁(yè) 共 14 頁(yè) 5 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 假設(shè)換熱器冷卻水進(jìn)口溫度 20℃，出口溫度 40℃。 h h同時(shí)，在非均相烷基化過程中，溫度過高，不利于乙烯的吸收，催化配合物容易樹脂 化而遭破壞。 [10] 為什么選擇絕熱式固定床反應(yīng)器？ 答： 絕熱式固定床反應(yīng)器有單段與多段之分。上 , 第三版 , 北京 , 化學(xué)工業(yè)出版社 20xx, 149 10 邱寶軍 ,李紅娟 . 乙苯催化脫氫制苯 乙烯技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 遼寧化工 ,20xx,12:861865. 11 魏狄 ,許崢 ,張繼炎 . 乙苯脫氫制苯乙烯催化劑及工藝進(jìn)展 [J]. 石油化工 ,1995,03:215220. 。由于 乙苯還原反應(yīng) 是 等摩爾的放熱反應(yīng)，絕熱溫升較小，溫度對(duì)產(chǎn)物影響不是特別大，因此本反應(yīng)選擇單段絕熱 固定床催化反應(yīng)器。 從動(dòng)力學(xué)方面分析，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度低，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行不利。 △ p=（ ρ *d） [（ 1ε ） /ε 3]L=4590000Pa 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 10 頁(yè) 共 14 頁(yè) 6 問題 討論 溫度對(duì)反應(yīng)有什么影響嗎？ 答： 由反應(yīng)原理可知，苯烷基化是放熱反應(yīng)。 s） 密度 ρ =801kg/ m3[9] 反應(yīng)器管數(shù) n=245/(*π /4
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