【文章內(nèi)容簡介】 le）物流號5678流股名稱CO2進(jìn)料出換熱器E0102的物料出反應(yīng)器R0101的物料出換熱器E0103的物料位置CO2→E0102E0102→R0101R0101→E0103E0103→V0101質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%甲苯苯乙烯氫氣甲醇水一氧化碳甲醛乙苯二氧化碳11焦油溫度℃壓力bar總流量kgh1流率m3h1焓Gcalh1密度kgm3液相分率黏度cp液相氣相續(xù)表23 系統(tǒng)物料平衡Table 23 Material balance of the system（Continual table）物流號9101112流股名稱出閃蒸罐V0101的混合氣出閃蒸器V0101的物料出換熱器E0104的物料出油水分離器V0102的水位置V0101→廢氣處理V0101→E0104E0104→V0102V0102→廢水處理質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%甲苯1E09苯乙烯氫氣201E04甲醇水1一氧化碳9E09甲醛乙苯二氧化碳335E04335E041E04焦油5E04溫度℃壓力bar總流量kgh1流率m3h1焓Gcalh1密度kgm3液相分率黏度cp液相氣相續(xù)表23 系統(tǒng)物料平衡Table 23 Material balance of the system（Continual table）物流號13141516流股名稱出分離器V0102的物料乙苯塔塔底重組分乙苯塔塔頂輕組分循環(huán)甲苯位置V0102→T0101T0101→T0103T0101→T0102T0102→E0203質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%甲苯苯乙烯氫氣甲醇水一氧化碳甲醛乙苯二氧化碳焦油溫度℃壓力bar總流量kgh1流率m3h1焓Gcalh1密度kgm3液相分率黏度cp液相氣相續(xù)表23 系統(tǒng)物料平衡Table 23 Material balance of the system（Continual table）物流號17181920流股名稱乙苯苯乙烯產(chǎn)品焦油出換熱器E0203的物料位置T0102→乙苯儲(chǔ)罐T0103→苯乙烯儲(chǔ)罐T0103→廢料處理E0203→M0101質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%甲苯苯乙烯氫氣甲醇水一氧化碳甲醛乙苯二氧化碳焦油1溫度℃壓力bar總流量kgh1流率m3h1焓Gcalh1密度kgm3液相分率黏度cp液相氣相物料衡算結(jié)果：從總物料衡算表22可以看出物料是平衡的，%，%（wt%），h1，其年運(yùn)行時(shí)間為7200h，大于11萬噸/年，即設(shè)計(jì)能夠達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)采用AutoCAD軟件繪制系統(tǒng)物料流程圖（PFD）見附錄附錄2。 熱量衡算 熱量衡算的意義與作用能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，而物料衡算和能量衡算又是設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)。能量衡算應(yīng)包括熱能、動(dòng)能、電能、化學(xué)能等。但在許多化工操作中，經(jīng)常涉及的能量是熱能，所以化工設(shè)計(jì)中的能量衡算是熱量衡算?；ぴO(shè)計(jì)工作中，通過熱量衡算可以得到換熱設(shè)備的熱負(fù)荷，這些換熱設(shè)備包括熱交換器，加熱器，冷卻器，汽化器，冷凝器，蒸餾塔塔頂冷凝器，蒸餾塔再沸器等，而熱負(fù)荷則是計(jì)算換熱設(shè)備不可缺少的數(shù)據(jù)。 熱量衡算結(jié)果本設(shè)計(jì)中公用工程選用情況：冷卻介質(zhì)選用冷卻水（21~31℃）以及冷凍鹽水（5℃），（160℃）（450℃），熱量平衡利用Aspen中Heatx模塊對各換熱器進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表24~27。表24 系統(tǒng)熱量衡算表Table 24 Heat balance of system設(shè)備位號換熱物流熱負(fù)荷MJh1物流流量kgh1入口出口溫度(℃)液相分率溫度(℃)液相分率E0101進(jìn)料加熱器冷進(jìn)料熱導(dǎo)熱油E0102CO2加熱器冷CO2熱導(dǎo)熱油表25 系統(tǒng)熱量衡算表Table 25 Heat balance of system設(shè)備位號換熱物流熱負(fù)荷MJh1物流流量kgh1入口出口溫度(℃)液相分率溫度(℃)液相分率E0103粗產(chǎn)物冷卻器冷冷卻水熱苯乙烯等E0201乙苯塔頂冷凝器冷冷卻水熱乙苯等E0202脫甲苯塔頂冷凝器冷冷卻水熱甲苯E0107乙苯冷卻器冷冷卻水熱乙苯E0204苯乙烯塔頂冷凝器冷冷卻水289285熱苯乙烯33807E0205苯乙烯冷卻器冷冷卻水215610熱苯乙烯E0109焦油冷卻器冷冷卻水3167熱焦油表26 系統(tǒng)熱量衡算表Table 26 Heat balance of system設(shè)備位號換熱物流熱負(fù)荷MJh1物流流量kgh1入口出口溫度(℃)液相分率溫度(℃)液相分率E0104液相冷卻器冷冷凍鹽水熱苯乙烯等E0203甲苯冷卻器冷冷凍鹽水熱甲苯表27 系統(tǒng)熱量衡算表Table 27 Heat balance of system設(shè)備位號換熱物流熱負(fù)荷MJh1物流流量kgh1入口出口溫度(℃)液相分率溫度(℃)液相分率E0105乙苯塔底再沸器冷苯乙烯等熱蒸汽E0106脫甲苯塔底再沸器冷乙苯熱蒸汽E0108苯乙烯塔底再沸器冷焦油熱蒸汽從表24~27熱量衡算結(jié)果表明，公用工程的冷卻水（21~31℃），冷凍鹽水（5℃），（160℃），（450℃）。3 設(shè)備選型 設(shè)備選型的原則所謂設(shè)備選型即是從多種可以滿足相同需要的不同型號、規(guī)格的設(shè)備中，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析評價(jià)，選擇最佳方案以做出購買決策。合理選擇設(shè)備，可使有限的資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備選型應(yīng)遵循的原則如下：(1) 生產(chǎn)上適用―所選購的設(shè)備應(yīng)與本企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)?；蜷_發(fā)新產(chǎn)品等需求適應(yīng)。(2) 技術(shù)上先進(jìn)―在滿足生產(chǎn)需要的前提下，要求其性能指標(biāo)保持先進(jìn)水平，以利提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長其技術(shù)壽命。(3) 經(jīng)濟(jì)上合理―即要求設(shè)備價(jià)格合理，在使用過程中能耗、維護(hù)費(fèi)用低，并且回收期較短。設(shè)備選型首先應(yīng)考慮的是生產(chǎn)上適用，只有生產(chǎn)上適用的設(shè)備才能發(fā)揮其投資效果；其次是技術(shù)上先進(jìn)，技術(shù)上先進(jìn)必須以生產(chǎn)適用為前提，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益為目的；最后，把生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)上合理統(tǒng)一起來。一般情況下，技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理是統(tǒng)一的。因?yàn)榧夹g(shù)一上先進(jìn)的設(shè)備不僅具有高的生產(chǎn)效率，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品也是高質(zhì)量的。但是，有時(shí)兩者也是矛盾的。例如，某臺設(shè)備效率較高，但可能能源消耗量很大，或者設(shè)備的零部件磨損很快，所以，根據(jù)總的經(jīng)濟(jì)效益來衡量就不一定適宜。有些設(shè)備技術(shù)上很先進(jìn)，自動(dòng)化程度很高，適合于大批量連續(xù)生產(chǎn)，但在生產(chǎn)批量不大的情況下使用，往往負(fù)荷不足，不能充分發(fā)揮設(shè)備的能力，而且這類設(shè)備通常價(jià)格很高，維持費(fèi)用大，從總的經(jīng)濟(jì)效益來看是不合算的，因而也是不可取的。 關(guān)鍵設(shè)備選擇 反應(yīng)器R0101的選擇反應(yīng)器的形式是由反應(yīng)過程的基本特征決定的，本反應(yīng)的原料以氣相進(jìn)入反應(yīng)器，在高溫低壓下進(jìn)行反應(yīng)，故屬于氣固相反應(yīng)過程。氣固相反應(yīng)過程使用的反應(yīng)器，根據(jù)催化劑床層的形式可分為固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和移動(dòng)床反應(yīng)器。各反應(yīng)器特征見表31。表31 常用反應(yīng)器特征表Table 31 Characteristics of monly used reactor反應(yīng)器類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固定床返混小，催化劑機(jī)械損耗小，便于控制傳熱差，容易飛溫，催化劑更換困難流化床傳熱效果好，可實(shí)現(xiàn)同體物料連續(xù)進(jìn)出，壓降低返混嚴(yán)重，對催化劑顆粒要求嚴(yán)格，易造成催化劑損失移動(dòng)床停留時(shí)間可變范圍大，返混小，機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜，傳熱效率差本設(shè)計(jì)的反應(yīng)屬于低放熱反應(yīng)，物料溫升不到10℃，而且催化劑在小試時(shí)曾連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)不發(fā)生失活，所以為了最大限度的發(fā)揮催化劑高選擇性和高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)勢、減小催化劑損失，流程的反應(yīng)器采用技術(shù)最成熟的固定床反應(yīng)器。 固定床反應(yīng)器的計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)法求固定床反應(yīng)器的體積。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所考察了空速對HZSM5分子篩催化劑芳構(gòu)化性能的影響，研究表明，當(dāng)空速增加時(shí)，產(chǎn)物中芳烴的含量逐漸下降，烯烴含量逐漸上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明溫度為425℃時(shí)苯乙烯選擇性最高。綜合考慮，經(jīng)驗(yàn)選取體積空速為4000 h1，反應(yīng)溫度為425℃，壓力為常壓。 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算(1) 催化劑的填充量原料氣體積流量為V0 = m3h1，根據(jù)空速算得催化劑的填充量為： (31)，所以反應(yīng)器體積為： (32)(2) 反應(yīng)管束長度的計(jì)算取空床速度為u0 = 4ms1，則床層截面積為： (33)反應(yīng)器高度為： (34)(3) 管束尺寸和反應(yīng)管的排列取管徑為32mm，則管數(shù)為： (35)反應(yīng)器采用正三角形排列，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(gè)管板按30℃劃分為12區(qū)間，整個(gè)管板由一個(gè)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，則單管所占面積為：則每個(gè)反應(yīng)器的直徑為：(4) 反應(yīng)床層壓降固定床反應(yīng)器壓降為： (36)其中， (37) (38)采用Ergun提出的數(shù)值，，取=；=；；，；則因此 機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核(1) 設(shè)計(jì)的選材考慮到使用溫度、許用應(yīng)力、價(jià)格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設(shè)計(jì)中選取：殼體、列管、管板、封頭、法蘭、支座、折流板材料為12Cr2Mo1VR(2) 板厚的計(jì)算固定床反應(yīng)器的操作溫度為425℃，設(shè)計(jì)溫度為450℃，由于溫度較高，因此選擇12Cr2Mo1VR材料，該種材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為72MPa，焊接方式：選為雙面焊對接接頭，全部無損檢測，故焊接系數(shù)。根據(jù)GB7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB 1502011《固定式壓力容器》規(guī)定，可知對12Cr2Mo1VR鋼板厚度負(fù)偏差C1 = mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)總腐蝕余量C2 = 2 mm。理論厚度 (39)設(shè)計(jì)厚度 (310)名義厚度 (311)有效厚度 (312)(3) 氣體分布板的形式工業(yè)應(yīng)用的氣體分布板形式很多，主要有直流式、測流式、填充式、短管以及無分布板的漩流式等。此反應(yīng)器選用直流式分布板。取板厚10mm 管口設(shè)計(jì)(1) 反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器進(jìn)口總流量V = s1，選進(jìn)入反應(yīng)器之前總管道運(yùn)輸速度為25m/s則總管的直徑為：采用DN = 1200的管道。(2) 出口管設(shè)計(jì)反應(yīng)器出口流量Vout = s1，