【文章內(nèi)容簡介】 需蒸氣量：配比水蒸氣所放出的熱量Q蒸:已知配比水蒸氣的蒸氣壓力6kg/cm2(表)先求出平均溫度噸m,再查噸m下的水蒸氣的cpm,tm=（+140）/2= oCCPm= kcal/kg oC最后計算Q蒸=GCPm (t2t1)= ()=加熱所需水蒸汽量G蒸氣：把乙苯從20 oC（液）加熱到140 oC（氣）實際所需的熱量Q實際：即Q實際=Q總Q蒸==查蒸氣壓力為7kg/cm2下的水蒸氣氣化潛熱，△H=即G蒸氣=Q實際/△H=（1）把原料乙苯從140 oC（氣）加熱到300 oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm,tm=（300+140）/2=220 oCCpm= kcal/kg oC最后計算Q1=GCPm t2t1)= (300140)=（2）把水蒸氣從140 oC（氣）加熱到300 oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=220 oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm= kcal/kg oC（3）最后計算Q2=GCpm t2t1)= (300140)=第一預(yù)熱器把乙苯和水蒸氣混合物從140 oC（氣）加熱到300 oC（氣）所需熱量Q總=Q1+Q2=+=利用反應(yīng)器出來的高溫氣體把物料從300 oC（氣）加熱到430 oC（氣），計算如下：（1）把原料乙苯從300 oC（氣）加熱到430 oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=365 oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm= kcal/kg oC最后計算Q1=GCpm t2t1)=(430300)=355916723 kcal（2）把水蒸氣從300 oC（氣）加熱到430 oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=365 oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm= kcal/kg oC最后計算Q2=GCpm (t2t1)=(430300)=熱交換器把乙苯和水蒸氣混合物從300 oC（氣）加熱到430 oC（氣）所需熱量Q總Q總=Q1+Q2=355916723+=（1）把原料乙苯從430 oC（氣）加熱到550 oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=490 oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm= kcal/kg oC最后計算Q1=GCpm (t2t1)=(550430)=（2）把水蒸氣從430oC（氣）加熱到550 oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=490 oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm= kcal/kg oC最后計算Q2=GCpm (t2t1)= (550430)=第二預(yù)熱器把乙苯和水蒸氣混合物從430 oC（氣）加熱到550 oC（氣）所需熱量Q總Q總=Q1+Q2=+=（1）原料從550 oC（氣）加熱到580 oC（氣）所需熱量Q加把原料乙苯從550oC（氣）加熱到580 oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=565 oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm= kcal/kg oC最后計算Q1=GCpm (t2t1)= (580550)= kcal（2）把水蒸氣從550oC（氣）加熱到580 oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=565 oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm= kcal/kg oC（3）最后計算Q2=GCpm (t2t1)=(580550)=第二預(yù)熱器把乙苯和水蒸氣混合物從550 oC（氣）加熱到580 oC（氣）所需熱量Q加Q加=Q1+Q2=+=(2)計算各反應(yīng)器所需熱量Q反25 oC下反應(yīng)熱△H0298=(∑ni△H0i)產(chǎn)(∑ni△H0j)反,Cp=a+bt+ct2 a’=(∑niai)產(chǎn)(∑njaj)反 b’=(∑nibi)產(chǎn)(∑njbj)反 c’=(∑nici)產(chǎn)(∑njcj)反△H0噸2=△H0噸1+∫噸1噸2∑niCpdt=△H0噸1+∫噸1噸2∑(a’+b’+c’)dt= △H0298+a’(t2t1)+1/2 b’ (t22t12)+1/3 c’ (t23t13)各物質(zhì)25 oC標(biāo)準(zhǔn)生成焓△H0298一律查《基本有機(jī)化學(xué)工程》下冊，比熱Cp查《基本有機(jī)化學(xué)工程》上冊，查得結(jié)果列表如下：表38各物質(zhì)25 oC標(biāo)準(zhǔn)生成焓Table 38 substance at 25 oC, the standard enthalpy of formation組分△ H0298kcal/kg oCCp=a+bt+ct2 kcal/kg oCab103c106乙苯7150苯乙烯35300氫0乙烯12500苯19810甲苯11990甲烷17890碳0主反應(yīng)所需熱量△H0噸主主反應(yīng)：C6H5CH2CH3 →C6H5C2H3+ H2 92%△H0298 7150 35300 0△H0298 =(∑ni△H0i)產(chǎn)(∑ni△H0j)反 =35300=192810601kcala’=(+) =b’=(+) 103=c’=(+) 106=104H0噸主=192810601+(58025)+1/2()(5802252)+1/3104(5803253)=Qi=Gi△H0噸iQ1==1010kcal副反應(yīng)所需熱量△H0噸副的計算如主反應(yīng)所示C6H5CH2CH3→ C6H6 ＋ C2H4 % Q2C6H5CH2CH3 ＋ H2 → C6H5CH3 ＋ CH4 % Q3C ＋ 2H2O → 2H2 ＋ CO2 % Q4反應(yīng)所需熱量：Q2==106kcal Q3==107kcal Q4==104kcal則 Q總= Q1 +Q2+ Q3+ Q4= 1010kcal第四章 設(shè)備的計算與選型根據(jù)能量守恒原理，假設(shè)熱損失可忽略不計，則單位時間內(nèi)熱流體放出的熱量等冷流體吸收的能量[21]。熱負(fù)荷Q為：式中 KJ/(Kg℃)； t－冷流體的溫度，℃。其中Q= 管殼式換熱器的對數(shù)平均溫度按逆流計算，即 ℃查得，所以℃故換熱面積為查化工原理上冊得，選用TB∕471592,列管尺寸為直徑19mm；管心距為25mm；管程數(shù)為1；管子總根數(shù)1267個；中心排管數(shù)為39個；， m2，所以需要2個這樣的換熱器。乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)器有兩種，一種是外加熱列管式等溫反應(yīng)器，另一種是絕熱式反應(yīng)器。目前兩種反應(yīng)器在國內(nèi)外大型生產(chǎn)中均有使用。本設(shè)計是以外加熱列管式等溫反應(yīng)器為主。（1）催化劑的填充量根據(jù)空速算得催化劑的填充量為： VR =VON/ SVVR— 催化劑的填充量，m 3 S V— 體積空速，h 1VoN— 原料氣體體積標(biāo)流量VON = [273/（ 273+ 600）]（100 /）= m 3 / hVR = /1000= 3（2）反應(yīng)管長度的計算取空床速度為 ，則床層截面積為：AR =Vo/ uo= /(3600) = 2則催化劑床層高度為：HR =VR/ AR AR =根據(jù)化工原理取床層空隙率為 ，則反應(yīng)管長為:H= + = （3）管束尺寸和反應(yīng)管的排列選取工業(yè)上所用的Φ35 的列管，則單管催化劑體積為：V1=πLd 2= = 103 m 3 則管數(shù)為：n =VR /Vo = 103 m 3= 6146根則反應(yīng)器管數(shù)為6146 根，反應(yīng)器采用正三角形排列采用正三角形排列，反應(yīng)器列管的布置與普通換熱器有很大不同。首先，管束中央水循環(huán)受阻，傳熱惡化，溫度分布不均，故此區(qū)域不布管；其次反應(yīng)管的排管把整個管板按 30℃劃分為12個區(qū)間，整個管板由一個30176。區(qū)間陣 列而成。取中央不布管區(qū)域直徑為 200mm。 按正三角形排列，取管心距為 t= = ，采用三角形排列，則單管所占的面積為s= t2√3/ 2= 2√3/ 2= 10 3 m。則反應(yīng)器的直徑為Di=√[ (6146 10 3+ )/] =2606mm （4 ）反應(yīng)床層壓降△Pb/ H=ρu 2 fm/dp ( 1εb /εb)f m= a+ b( 1εb /εb) R m= d pρu u o /μ式中p——壓力，Pa。 fm——修正的摩擦系數(shù)；ρ——流體密度，kg/m3；u0——空塔線速，m/s； dp——催化劑顆粒直徑，m；εb——床層空隙率；H——床層高度，m；μ——流體的絕對黏度， pa s ；a、b——系數(shù)，采用 Ergun 提出的數(shù)值，a＝，b＝150。 而取uo= / s, εb= , ρ= / m3 , μ=10 5 pa s, dp=Rem = 10 5= 102fm= + 150(1 )=△pb= 6 2( 1 / )/ = 機(jī)械強(qiáng)度的計算和校核（1）設(shè)計的選材 考慮到使用溫度、需用應(yīng)力、價格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設(shè)計中選?。簹んw、列管、管板、封頭、法蘭、支座、折流板材料為 0Cr18Ni10T。（2）板厚的計算 根據(jù)流體進(jìn)出口溫度，選擇流體的設(shè)計溫度為 675，設(shè)計壓力為 = 由于本操作是在高溫下進(jìn)行，所選材料為耐高溫材料 0Cr18Ni10Ti。焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù) 1 ； 根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定 可知對 OCr18Ni9 鋼板 C1= 1, C2= 2 ， 材料的許用應(yīng)力[δ] t =58Mpa （260mm）則厚度按下式計算：δd =C+ pDi/(2[δ] tψp)=3606/ (258. 11)+ =圓整后取厚度為 38mm。（3） 氣壓試驗 0Cr18Ni10Ti 的屈服極限為[δ] t =58Mpa, [δ] =205Mpa ，氣壓試驗：pT= p+ = + =pT = p= = 兩者之間取較大值，所以pT =氣壓試驗強(qiáng)度校核滿足公式：σT= pT(δd +Di)/2δdψ 則σT=(+2606)/258=205=164MPa所以氣壓試驗滿足強(qiáng)度要求。取反應(yīng)器筒體直徑為2800mm,厚度為40mm。內(nèi)徑為 2720mm。（4）板厚取板厚10mm。（5）孔數(shù)和孔徑的確定Di=2720mm ，取孔徑 d=10mm，則孔數(shù)為：N=a/(d/ Di)2=(10 /3720)2=2768在分布板中心部分按等邊三角形排列，這樣，每一圈是正六邊形，最外2～ 3 圈為同心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適當(dāng)補(bǔ)加一些孔。設(shè)孔間距為 s，則：s= 2720/√(2768/ )≈70mm取椎帽外徑為 40mm，實際排孔數(shù)個3277，此時a=3277(10/ 3850)2= ，△pd= 2 2/2 2= △pdmin滿足要求。 管口設(shè)計 (1）反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器進(jìn)口總流量為Vin= m 3 / h= m 3 /s，選進(jìn)入反應(yīng)器之前總管道運輸速度為 15m/s ，采用 DN=1000 的管道(根據(jù) GB/T10571995)校核：根據(jù)選取的公稱直徑為1000，則速度為u =4√(12)= /s反應(yīng)器選氣體進(jìn)口速度為 25m/s，則進(jìn)口管直徑為:d=√(4Vin /3uπ)= √(4325)=,圓整后采用 DN=600 的壓力管口(2) 出口管設(shè)計反應(yīng)器出口流量為 Vout= m 3 / h= m 3 /s ，取出口管速度為15m/s 則出口管直徑為：d=√(4Vin /3uπ)= √(4325)= 圓整后選取 DN=700的壓力管口 （根據(jù) GB/T10571995）校核：根據(jù)選取的鋼管內(nèi)徑為 700mm，則：u在1530m/s 范圍內(nèi),可以選取。 由于反應(yīng)器中間不排管，最好選用環(huán)盤型折流板，板間距為1m，板厚10mm。 折流板材料為16MnR。 選用橢圓形封頭，取形狀系數(shù) K=1，則其深度為1150mm，壁厚為反應(yīng)器厚度40mm，查表得直邊高度為ho =40mm。所以橢圓形封頭外徑為2800mm，厚度為40mm，直邊高度為1150mm，直邊高度為40mm支座采用裙座，材質(zhì)為1