【文章內(nèi)容簡介】 Cp見表23。表23 各物質(zhì)的恒壓比熱容物質(zhì)Cp∕kJ∕(kg ?K)乙苯（g，600 ~700℃）氧氣（g，600 ~700℃）水蒸氣（g，600 ~700℃）苯乙烯（g，600 ~700℃）物質(zhì)甲苯（g，600 ~700℃）苯（g，600 ~700℃）乙烷（g，600 ~700℃）甲烷（g，600 ~700℃）乙烯（g，600 ~700℃）二氧化碳（g，600 ~700℃）焦油（g，600 ~700℃） 、和的計算見式（24）。 （24）式中： —反應(yīng)物體系中組分i的質(zhì)量，kg。 —組分i在0—T℃時的平均比熱容，kJ/(kgK)或kJ/(kmol℃)。 。 =[(49332)+(155163)+()]595= kJ∕h + 575 =[（）+（）+（）+（ 1 .946）+（）+（）+（）+ （）+（）+（）]575 = kJ∕h（2）過程效應(yīng)熱的計算過程效應(yīng)熱可分為兩類，一類是化學(xué)過程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)；另一類是物理過程熱效應(yīng)。物料經(jīng)化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，但本工藝流程中物理過程熱效應(yīng)較低，可忽略不計，故過程熱效應(yīng)可由見式（25）。 （25） 式中 —化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，kJ； —物理過程熱效應(yīng)，kJ；(可忽略不計)可通過標準化學(xué)反應(yīng)熱計算： （26） 式中 —標準化學(xué)反應(yīng)熱，kJ/mol； —參與化學(xué)反應(yīng)的A物質(zhì)質(zhì)量，kg； —A物質(zhì)分子量。 （27）。 kg/h mol/h則過程反應(yīng)熱 = kJ/h （3）冷凝器的計算 冷凝器是由從脫氫反應(yīng)器出來的物料與原料乙苯進行熱交換時，對乙苯加熱，及換熱結(jié)束后產(chǎn)品帶走的熱量和水蒸氣帶走的熱量組成。 =49332120＋（49332＋＋ ++++＋ ++）100 =+ = kJ/h （4）熱損失的計算反應(yīng)設(shè)備與冷凝設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失。 = =+ = kJ/h 熱量衡算表 由能量守恒定律，衡量衡算結(jié)果見表24。表24 熱量衡算表 輸入系統(tǒng) 熱量符號意義結(jié)果kJ∕h輸出系統(tǒng)熱量符號意義結(jié)果kJ∕h 物料帶入設(shè)備總熱量 物料帶出設(shè)備的總熱量 加熱劑與冷卻劑交換的熱量 冷凝器消耗的熱量 過程的化學(xué)反應(yīng)熱 熱損失 ∑總計 ∑總計 脫氫反應(yīng)器Aspen plus模擬乙苯脫氫絕熱反應(yīng)工段主要包括兩個脫氫反應(yīng)器和一個氧化脫氫反應(yīng)器三個單元模塊，具體流程圖見圖22。圖22 乙苯脫氫絕熱反應(yīng)工段流程表25 脫氫反應(yīng)器模擬結(jié)果進料出料溫度/ ℃600620壓力/ bar 摩爾流量 /kmol/hr質(zhì)量流量 /kg/hr 4933249332體積流量 /cum/hr焓變/MMkcal/hr 乙苯01 苯乙烯010 焦油010H20 第3章 設(shè)備選型 選型原則設(shè)備的工藝設(shè)計是化工工程設(shè)計中一項責任重大、技術(shù)要求高、需要具有豐富的理論知識和實際生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗的工作。其主要設(shè)計內(nèi)容如下： （1）結(jié)合工藝流程設(shè)計確定化工單元操作所用設(shè)備的類型。（2）根據(jù)工藝操作條件（溫度、壓力、介質(zhì)的性質(zhì)等）和對設(shè)備的工藝要求確定設(shè)備的材質(zhì)。這項工作有時是與設(shè)備設(shè)計人員共同完成的。（3）通過工藝流程設(shè)計、物料衡算、能量衡算、設(shè)備的工藝計算確定設(shè)備的工藝設(shè)計參數(shù)。不同類型設(shè)備的主要工藝設(shè)計參數(shù)如下。換熱器：熱負荷，換熱面積，冷熱載體種類，冷熱流體流量，溫度和壓力泵：流量，揚程，軸功率，允許吸上高度。 （4）確定標準設(shè)備或定型設(shè)備的型號、規(guī)格和臺數(shù)。 （5）對已有標準圖紙的設(shè)備，確定標準圖的圖號和型號 （6）編制工藝設(shè)備一覽表 （7）在工藝設(shè)備的施工圖紙完成后，要同化工設(shè)備的專業(yè)設(shè)計人員進行圖紙會簽。 關(guān)鍵設(shè)備選擇 催化劑的工藝參數(shù)計算 固定床反應(yīng)器的計算主要包括催化劑用量、床層高度和直徑、床層壓力降等。固定床反應(yīng)器的計算方法主要有經(jīng)驗法[8]和數(shù)學(xué)模型法[9]，本設(shè)計主要采用經(jīng)驗法。經(jīng)驗法比較簡單，常取實驗或?qū)嶋H生產(chǎn)中催化劑或床層的重要操作參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)直接計算得到[10]。（1）空間速度指單位時間內(nèi)通過單位體積催化劑的原料標準體積流量。單位為。它是測量固定床反應(yīng)器生產(chǎn)能力的一個重要指標。 （31） 脫氫反應(yīng)器一和二主要采用FeK系催化劑。催化劑主要特性見表14。氧化脫氫反應(yīng)器主要采用Pt∕系催化劑。氧化脫氫反應(yīng)器催化劑特性見表15。 Kg， Kg， Kg。脫氫反應(yīng)器一：GS05型催化劑質(zhì)量為= kg；脫氫反應(yīng)器二：GS05型催化劑質(zhì)量為= kg；氧化脫氫反應(yīng)器：Y101型催化劑質(zhì)量為= kg。則脫氫反應(yīng)器一中催化劑的體積為：L脫氫反應(yīng)器二中的催化劑體積為：L氧化脫氫反應(yīng)器中催化劑體積為：Ｌ固定床反應(yīng)器負壓狀態(tài)下操作， MPa。進料氣體平均密度： （32） = g∕mol K MPa=8Pa 則可以得到 kg∕進入氧化脫氫反應(yīng)器的氣體密度近似于脫氫反應(yīng)器一的平均氣體密度: kg∕ 同理：脫氫反應(yīng)器二的氣體平均密度： （33） K MPa=8Pa Kg∕h = g∕mol kg/m3脫氫反應(yīng)器一進料體積流量： m3/h 脫氫反應(yīng)器二進料體積流量： m3/h 氧化脫氫反應(yīng)器的進料體積流量： m3/h 脫氫反應(yīng)器一空間速度： h1 脫氫反應(yīng)器二空間速度： h1 氧化脫氫反應(yīng)器空間速度： h1（2）床層孔隙率ε顆粒間的自由體積與整個床層體積之比： （34） 式中：ε床層空隙率； 催化劑床層堆積密度，kg∕L； 催化劑顆粒密度，kg∕L。則脫氫反應(yīng)器一和脫氫反應(yīng)器二床層空隙率： 氧化脫氫反應(yīng)器床層空隙率:（3） 空間速度指在規(guī)定的反應(yīng)條件下，氣體反應(yīng)物通過催化劑床層中自由空間所需要的時間，單位為 h。接觸時間越短，表示同體積的催化劑在相同時間內(nèi)處理的原料越多，是表示催化劑處理能力的參數(shù)之一。 （35） 脫氫反應(yīng)器一空時： h 脫氫反應(yīng)器二空時： h 氧化脫氫反應(yīng)器空時： h（4）空時收率指反應(yīng)物通過催化劑床層時，在單位時間單位質(zhì)量(單位體積)催化劑所獲得目的產(chǎn)物量。它是反映催化劑選擇性和生產(chǎn)能力的一個重要指標。 （36） 式中：－催化劑的空時收率，kg∕（kg∕h）或kg∕（m3/h）； －目的產(chǎn)物的質(zhì)量，kg； －催化劑的用量，kg或m3。（5）催化劑負荷 指在單位時間內(nèi)單位質(zhì)量（體積）催化劑由于反應(yīng)而消耗的原料質(zhì)量。這是催化劑生產(chǎn)能力的重要指標。 （37）式中：－催化劑負荷，kg∕（kg?h）或kg∕（m3?ｈ）； －目的產(chǎn)物的質(zhì)量，kg∕s； －催化劑的用量，kg或m3。則 kg∕（kg∕h）（6）床層線速度與空床速度 床層的線速度是指在規(guī)定條件下，氣體通過催化劑床層自由截面積的流速。 （38） 而空床速度是指在規(guī)定條件下，氣體通過空床截面積的流速。 （39） 式中：U—空床的線速度，m∕s； —空床速度，m∕s。 —催化劑的床層截面積，m2。 固定床反應(yīng)器的高度與直徑計算催化劑的用量確定后，催化劑的有效體積也就確定。很明顯，床層越高，其床層截面積越小，操作氣速、流體阻力（動力）將變大；反之，床層高度降低必然引起截面積（直徑）增大，對傳熱不利或易產(chǎn)生短路等情況。因此床層的高度與直徑通過操作氣速、壓力降（即動力消耗）、傳熱、床層均勻性等影響因素綜合評價來確定。通常，床層的高度確定或直徑的計算是根據(jù)固定床反應(yīng)器某一重要的操作參數(shù)范圍或經(jīng)驗選取，然后校驗其他操作參數(shù)是否合理，如床層壓力降不超過總壓力的15%。床層高度與直徑的計算步驟如下[11]：（1）根據(jù)經(jīng)驗選取氣體空床速度； （2）床層的截面積： （310） 式中：—床層的截面積，m2。（3）校驗床層壓力降ΔP： （311）通過實驗測定得到： （312）式中：修正的雷諾數(shù)。 （313）中包括兩項，由于度一項的中包含有粘度項，代表摩擦阻力損失，而第二項則代表局部阻力損失。當＜10時為層流，計算壓力降可省去第二項；當＞1000時為充分湍流，計算壓力降時可省去第一項?？障堵适怯绊憠毫档闹匾蛩?。 （4）床層截面積及實際氣體流速的計算 假設(shè)氣體空床速度為U= m／s。 脫氫反應(yīng)器一的催化劑床層截面積： m2 脫氫反應(yīng)器二的催化劑床層截面積： m2 氧化脫氫反應(yīng)器的催化劑床層截面積: m2實際氣體流速： 脫氫反應(yīng)器一： m／s 脫氫反應(yīng)器二： m／s 氧化脫氫反應(yīng)器： m／s （5）校驗床層壓力降三個固定床反應(yīng)器的物料粘度均近似為 Pa?s脫氫反應(yīng)器一： = ＜，符合要求。脫氫反應(yīng)器二： = ＜，符合要求。氧化脫氫反應(yīng)器： = ＜，符合要求。 （6）確定床層的結(jié)構(gòu)尺寸催化劑床層高度： （314） 式中：催化劑床層體積，m3； 催化劑床層截面積（實際），m2。 脫氫反應(yīng)器一催化劑床層高度： m 脫氫反應(yīng)器二催化劑床層高度： m 氧化脫氫反應(yīng)器一催化劑床層高度： m 本設(shè)計采用絕熱徑向固定床反應(yīng)器，可求出內(nèi)