【正文】 %塔頂冷凝負(fù)荷Q冷kcal/h106篩孔直徑m塔底再沸負(fù)荷Q再kcal/h106篩孔數(shù)個(gè)3808最小回流比Rmin 氣體通過篩孔氣速U0m/s實(shí)際回流比R 干板壓降hdm最小理論板數(shù)Nmin塊氣體通過液層壓降hlm理論板數(shù)N塊氣體通過塔板總壓降hpm板效率η%75%在降液管停留時(shí)間τs實(shí)際塔板數(shù)NT塊104降液管內(nèi)液層高度Hdm塔內(nèi)徑Dm漏液點(diǎn)氣速Uowm/s精餾段塔板數(shù)塊53。 （4）塔頂回流罐：塔頂出料流量=塔頂回流罐容積=選容積為45M3左右，P=185mmHg= mmHg的臥式罐作為回流罐乙苯—苯乙烯塔操作條件：進(jìn)料溫度℃：塔頂溫度℃：塔底溫度℃：塔高m：塔頂壓力mmHg：185塔底壓力mmHg：塔板數(shù)：104進(jìn)料位置：第51塊最小回流比：回流比：A、進(jìn)料泵P1：流量m3/h：總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：150Y75BB、塔頂回流及塔頂采出泵P2：流量m3/h：總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：100Y120BC、塔底回流及塔底采出泵P3：流量m3/h： 總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：150Y75BD、塔頂回流罐：容積M3：45壓力mmHg：（5）塔頂冷凝器負(fù)荷計(jì)算乙苯塔附屬設(shè)備的計(jì)算Ａ、塔頂冷凝器P頂=185 mmHg △P=8mmHg ∴P=1858=177 mmHgT=48℃=48+273=321K 用下列公式試差計(jì)算e、xi、yixi=zi/〔(1Ki)e+Ki〕 ①lnPio=AB/(T+C) ② 化學(xué)工程手冊(cè)上卷P1109表53y=Kixi ③ Ki=Pio/P ④ 表31組分Vi(kmol/h)ziT=48℃設(shè)e=(R+1)DPio(mmHg)KixiyiBTBEBStyΣ ∴假設(shè)成立e=1）物料冷凝放熱物料冷卻平均溫度T=（+48）/2+273=物料冷凝溫度 t=48℃計(jì)算出各組分的Cpi(g)值： Cpi=A+BT+CT2+DT3在查出各組分的△H值，然后根據(jù)公式Cp=ΣCpizi △H=Σ△Hixi計(jì)算結(jié)果列表表32組成zixiCpi（kcal/kmol．K）Cpizi△Hi（kcal/kmol．K）△HixiBTBEBStyΣ 冷凝液量B=V．e==未凝氣量=VB== kmol/h∴Q放=VCp△T+B△H =()+=2）冷卻水用量CpH2O(l)=1kcal/kg．KGH2O(l)= Q放/[ CpH2O(l)(t出t入)]=（4025）=3）換熱面積△tm=[()(4840)]/ln[()/(4840)]=℃K取400kcal/m2h℃ （《化學(xué)工程手冊(cè)》P6117 表92）A=Q放/K△tm=（400）= m24）選型根據(jù)工藝要求選擇浮頭式冷凝器①冷凝器熱量衡算Q冷=（R+1）V（HVDHLD）由《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》P1630及P16206查得：以0℃為計(jì)算基準(zhǔn)查得0～100℃下的各組分的平均熱容Cpi 及0℃的汽化熱列表如下：表33組分0～100℃的平均熱容Cpi0℃的汽化熱169。五、乙苯—苯乙烯塔附屬設(shè)備計(jì)算（1） 進(jìn)料泵P—1：Q=泵進(jìn)料管線DN125，流速U=當(dāng)量長(zhǎng)度=55mRe=d uρ/μ=11000/=31545 為湍流管線為無縫鋼管ε=相對(duì)粗糙度ε/d=查表：λ=管線阻力降=λ (L/d )u2/2=5512/塔壓185mmHg=總阻力降ΔP=管線阻力降+靜壓(含裙座高度)+塔壓 　　 =+(35+5)+=根據(jù)Q=,ΔP=，選P1泵為150Y75B(流量95m3/h，揚(yáng)程52m)。hr=hr1+hr2式中：h0——降液管底部與塔板之間的縫隙寬度（一般不宜小于20～25mm）；hr1——液體流經(jīng)降液管底部縫隙的壓降；hr2——液體流經(jīng)進(jìn)口堰的壓降；A0——液體流經(jīng)進(jìn)口堰時(shí)的最窄截面。4)=3808個(gè)氣流通過篩孔的氣速Uo為：Uo=Vg/Ao=；(6) 氣液通過塔板的壓降；氣液通過塔板的壓降由氣流通過干板的壓降和液層的壓降所組成。4=；氣體通道截面A為：A==；降液管橫截面Af為：Af==；經(jīng)面積校核后的實(shí)際氣速為：U=Vg/A=；實(shí)際氣速與泛點(diǎn)氣速的比值為：U/Uf100%=100%=%；(3) 堰的計(jì)算：已求得塔徑為：，流體流量為：，在此情況下，對(duì)照表101數(shù)據(jù)，故所選單流型合適，得堰長(zhǎng)lw為：lw===； 圖1堰液頭how的計(jì)算(堰上液層高度)：由：查得：（下冊(cè)圖1048）液流收縮系數(shù)E為：E=；hl—泡沫層沉清高度、hL—板上液層高度（下冊(cè)P184式1034）弗朗西斯Francis公式得： hf—泡沫層高度、ho—降液管底縫隙高度 圖2 （適用于平直堰，最小不能低于6mm）取堰高h(yuǎn)w=，則堰高和堰液頭之和為：hw+how=+=(4) 液沫夾帶量的計(jì)算：由液氣流動(dòng)參數(shù)和泛點(diǎn)百分率查圖1047（下冊(cè)P183）。（程序附2）III）進(jìn)料溫度的確定設(shè)進(jìn)料為飽和液體，具體步驟同前，P=(PD+PW)=(+)= mmHg具體計(jì)算結(jié)果如下表30：℃。計(jì)算229。四 、乙苯—苯乙烯精餾塔計(jì)算 乙苯—苯乙烯塔操作條件的確定I）塔頂溫度的確定已知乙苯—苯乙烯塔頂壓力為185mmHg，具體步驟如下：假設(shè)溫度222。連續(xù)生產(chǎn)300天，需要新鮮物料：10000：= X：X= kg/h。塔頂苯乙烯含量%，塔釜乙苯%。塔頂苯乙烯含量%，塔釜乙苯%。(4) (W%)。 乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的列管反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程式為：　　　　　　主反應(yīng)　　C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 (a)　　　　　　副反應(yīng) C6H5C2H5 C6H6 +CH2CH2 (b)　　　　　　　　　　 C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4 (c) 水蒸汽作稀釋劑，：1反應(yīng)壓力為150000Pa（絕），反應(yīng)溫度為580℃，反應(yīng)器進(jìn)口溫度630℃,乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%，各反應(yīng)選擇性分別為：(a)90%、(b)3%、(c)7%、為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定：(1) 反應(yīng) 混合原料組成：乙苯： 99%( W% )，甲苯：%，苯：%，混合原料中不含其它二甲苯。kJ/mol————25℃時(shí)汽化熱△Η176?；亓鞅瓤梢酝ㄟ^產(chǎn)品規(guī)格的需要來控制。為避免液體分布的不均勻，該塔使用4個(gè)獨(dú)立的填料床層，在每層頂部裝有一臺(tái)液 體分布器。該塔再沸器所需的熱能由 1100kPa蒸汽所提供。TBC（叔丁基鄰苯二酚）在苯乙烯單體里以2%(W)溶液的形式被注入回流管線以抑制塔內(nèi)苯乙烯的聚合，～。B、SM精餾塔（T301）SM 精餾塔是一座在真空下（塔頂絕壓為30～50mmHg）進(jìn)行操作的有36層塔板的塔。為取得理想的分離效 果，EB/SM分離塔在高回流比下操作，～12。生產(chǎn)出一種塔釜產(chǎn)品，它含有苯乙烯、α甲基 苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯的EB；同時(shí)，塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品，它含有基本上全部的EB、%(W)苯乙烯。%(W)殘存苯乙烯的凈塔底液送至貯罐，作為燃料使用。%(W)純度（最低）的苯乙烯產(chǎn)品；回流中加入TBC，以抑制塔中的聚合反應(yīng)。（2）苯乙烯蒸餾總述：苯乙烯蒸餾的目的是將從脫氫反應(yīng)系統(tǒng)出來的液態(tài)芳烴混合物分餾成：a、一種高純度的苯乙烯產(chǎn)品（苯乙烯聚合物最小損失）b、循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)的EB物料流c、苯乙烯焦油物料流（含有苯乙烯聚合物、重餾分和少量苯乙烯）d、適合作為EB裝置進(jìn)料的苯物料流e、甲苯副產(chǎn)品物料流從有機(jī)混合物/ 水分離器出來的水飽和有機(jī)混合物（約含有苯：%(W)、甲苯：%(W)、EB：%(W)、苯乙烯：%(W)以及一些高沸物） 被送入EB/SM分離塔。凈工藝?yán)淠和ㄟ^汽提除去溶解的有機(jī)物。被稱之為“脫氫混合物（DM）”的芳烴相流進(jìn)有機(jī)物分隔間，隨后進(jìn)行SM產(chǎn)品精餾和對(duì)未反應(yīng)的EB、及副產(chǎn)物苯、甲苯和高沸物進(jìn)行回 收。冷卻的反應(yīng)器產(chǎn)品與部分未汽提的工藝?yán)淠罕贿^熱降溫，并在主冷凝器中冷凝。EB和蒸汽混合物徑向從內(nèi)向外地進(jìn)入催化劑床層，一部分EB反應(yīng)生成SM，由于進(jìn)行吸熱反應(yīng)，溫度降低。NSI阻聚劑的汽化壓力很低，所以它同蒸餾系統(tǒng)中的重組分離開，在產(chǎn)品苯乙烯中數(shù)量不多。在精餾塔中，苯乙烯處于120℃的高溫，阻聚劑主要用來防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存系統(tǒng)中，溫度一般為 20℃以下，聚合率較低，阻聚劑的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。聚合速率受濃度、溫度、時(shí)間的影響而增加，使用合適的阻聚劑可減緩聚合。蒸汽/ 油（EB）比的設(shè)計(jì)值：在較高的蒸汽/油（EB）比下，特別是在降低生產(chǎn)率的情況下操作有助于降低操作成本，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率（相對(duì)于給定的溫度）、選擇性和蒸 餾蒸汽方面的少許改進(jìn)都將勝過增加稀釋蒸汽的成本。在獲得較高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，催化劑的選擇性將會(huì)降低，因此任何SM裝置的設(shè)計(jì)都必須在反應(yīng)、熱回收和蒸餾方面比較所有因素、考慮經(jīng)濟(jì)平衡。反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù)反 應(yīng)器設(shè)計(jì)的首要任務(wù)之一是根據(jù)所需的處理量及原料組成，計(jì)算達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)體積，然后以此為依據(jù)作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)；確定催化反應(yīng)器為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑量是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容之一。如果再加熱的混合物被送到第二個(gè)催化劑床層，那么，它又可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SM，直至再次接近平衡。第二，少量的蒸汽表現(xiàn)為能使催化劑保持在所需的氧化狀態(tài)，具有很高的活性，此蒸汽量隨催化劑的使用情況而有所不 同。蒸汽稀釋能減少EB、 SM和氫氣的分壓，其效果與降低壓力一樣。如果在將來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)想要提高生產(chǎn)率而又允許有一定的損失的話，高活性、低選擇性催化劑可在同樣的設(shè)備中裝填使用。催化劑太少，則不會(huì)接近平衡，而催化劑太多，則還沒有完全通過催化劑床層EB轉(zhuǎn)化就達(dá)到平衡并停止轉(zhuǎn)化，而副反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性降低（從物料平衡和裝置生產(chǎn)率）。在基于這樣的原理基礎(chǔ)上，有一個(gè)很高的入口反應(yīng)溫度當(dāng)然是很理想 的。另外，因?yàn)镾M的生成部分地受到擴(kuò)散的控制，因此，隨著溫度的上升，苯和甲苯的生成率要比SM的生成快得多。甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反應(yīng)，主要是甲烷反應(yīng)：CH4+2H2O=CO2+4H2O我們還觀察到：水/汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)在反應(yīng)溫度下接近平衡。 苯甲苯塔塔頂操作壓力：塔頂壓力160mmHg。先經(jīng)乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（及苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。 本裝置生產(chǎn)純度≥%的苯乙烯產(chǎn)品。二、生產(chǎn)工藝說明原料、成品及半成品乙苯純度≥%， ℃～℃。它經(jīng)濟(jì)有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計(jì)可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動(dòng)和損失。（b）低蒸汽/油（EB）比的設(shè)計(jì)方案：魯姆斯公司設(shè)計(jì)的苯乙烯裝置是在低蒸汽/油比下操作，可降低苯乙烯生產(chǎn)成本，已在工業(yè)化裝置的操作中證明在低蒸汽/油比的情形下，新催化劑的穩(wěn)定性良好。典型苯乙烯單體產(chǎn)品性能如表2：表2性能指標(biāo)苯乙烯≮%顏色，APHA≯10聚合物≯10ppm(W)硫≯1ppm(W)苯乙炔≯30ppm(W)過氧化物≯20ppm(W)粘度（25℃）%(W)以上。熱反應(yīng)產(chǎn)物在一個(gè)熱交換器內(nèi)冷卻以回收 熱量并冷凝。乙苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當(dāng)?shù)难趸癄顟B(tài)。本工藝設(shè)計(jì)說明(1)生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)100000噸精苯乙烯，純度≥%。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。但它還能生產(chǎn)重要的有機(jī)化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價(jià)值，故目前國(guó)外也有采用此法生產(chǎn)的。各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及比較目前苯乙烯主要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過如下四條工藝路線進(jìn)行。苯乙烯（SM） 是合成高分子工業(yè)的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹脂，也易與丙烯腈共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯腈共聚為ABS塑料，還 能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚酯樹脂等。苯乙烯（SM） 具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強(qiáng)，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。苯乙烯的性質(zhì)和用途　　苯乙烯（SM）是含有飽和側(cè)鏈的一種簡(jiǎn)單芳烴，是基本有機(jī)化工的重要產(chǎn)品