【導(dǎo)讀】技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。特殊的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)：在低壓下操作以達(dá)到最高的乙苯單。程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反應(yīng)產(chǎn)物。換熱器組成，設(shè)計(jì)為熱聯(lián)合機(jī)械聯(lián)合裝置。整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機(jī)入口盡。部結(jié)構(gòu)簡單，選價(jià)便宜。在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。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.本設(shè)計(jì)裝置主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。時(shí)間比較倉促，有些問題不能夠直接解決。設(shè)計(jì)中有不少錯(cuò)誤之處，請指導(dǎo)老師予以批評指。正，多提出寶貴意見。乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不溶于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃度為100PPM。氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強(qiáng)弱及反應(yīng)條件的不同而異。在強(qiáng)氧化劑或催化

　　

【正文】 0 6 (kJ/h) ΔH 2= n Cp m 平均 (T2T0) Cp m 平均 =∑y i Cp i 平均 根據(jù) Cp 列表，累加得 表 26 序號 名稱 A B110 3 C110 6 D110 9 1 甲 烷 2 乙烯 序號 名稱 A B110 3 C110 6 D110 9 3 苯乙烯 4 苯 5 甲苯 6 乙苯 7 氫氣 合計(jì) ∴C p m 平均 =+T 10 4T2+10 8T3 （ C）蒸汽帶出熱量： Q4=m （ h2h0） (3) 利用：帶入反應(yīng)器 =帶出反應(yīng)器熱量，進(jìn)行試差計(jì)算求得反應(yīng)器出口溫度 T2。經(jīng)試差計(jì)算求得反應(yīng)器出口溫度 t2=600℃ 。 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 ?查或計(jì)算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯之蒸汽壓 ?由 Ki=Pi/PD計(jì)算出 Ki?由 xi=yDi/ Ki計(jì)算出 xi?計(jì)算 ?xi是否等于 1，若是，則假設(shè)成立，否則重新假設(shè)溫度，重復(fù)上述計(jì)算。 飽和蒸汽壓計(jì)算公式 (安托因方程 )： lnP=A－ B/(T+C) mmHg 苯： A= B= C=－ 甲苯： A= B= C=－ 乙苯： A= B= C=－ 苯乙烯： A= B= C=－ 焦油： A= B= C=－ 設(shè)： tD=40℃ 將 T=40+，具體結(jié)果列表如下： 表 28 組成 塔頂氣相組成 yDi mol% 飽和蒸汽壓 （ mmHg） Ki=Pi/PD ?ij 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 1 合計(jì) 通過計(jì)算機(jī)試差求得塔頂溫度就可認(rèn)為 ℃ 。 II）塔釜溫度的確定 已知乙苯 — 苯乙烯塔底壓 力為 ， 設(shè)： tW=40℃ 將 T=40+，具體結(jié)果列表如下： 表 29 組成 塔釜?dú)庀嘟M成 yDi mol% 飽和蒸汽壓 （ mmHg） Ki=Pi/PD ?ij 乙苯 苯乙烯 1 阻聚劑 1 合計(jì) 通過計(jì)算機(jī)試差求得塔釜溫度就可認(rèn)為 ℃ 。（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： 通過計(jì)算機(jī)試差求得塔進(jìn)料溫度就可認(rèn)為 ℃ 。 理論板數(shù)的計(jì)算 最小理論板數(shù) G9 塔頂 a1=G10 塔進(jìn)料 a2=G11 塔釜 a3= NM=lg((XA/XB)D/(XA/XB)W)/lgaAB1= 表 30 組成 塔進(jìn)料氣相組成 yDi mol% 飽和蒸汽壓（ mmHg） Ki=Pi/PD ?ij 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 1 焦油 1 合計(jì) A、 實(shí)際回流比下的理論板數(shù) 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1 根據(jù)恩特伍德公式 ,用牛頓迭代法計(jì)算機(jī)算出： 1q=0 = RM+1 RM= 按 R= R1= NM= 據(jù)吉利蘭關(guān)系式得出： Y= X=R1RM/R+1 Y=NNM/N+1 N= B、實(shí)際塔板數(shù) 根據(jù)篩板塔的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) ,全塔效率為 70— 80%，我們?nèi)? 75% 實(shí)際塔板數(shù)： N1=C、 加料板位置的確定 在泡點(diǎn)進(jìn)料的情況下，可以應(yīng)用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來確定精餾段和提餾段的板數(shù)。具體如下： m+n= N1 式中： m— 提餾段塔板數(shù)； n— 精餾段塔板數(shù)。 D=、 w=XhF= XlF= XhD= XlW= n/m=[()()()2]= m+n=104 解之得： m==51(提餾段板數(shù) )、 n=10451=53 (精餾段板數(shù) )，加料板從頂部數(shù)起的第 51塊板 D、 塔徑及內(nèi)件的計(jì)算： ∵V=L+D ， R=L/D， R=； ∴L=RD== ， V=L+D=(+1)D=； 為便于計(jì)算，塔頂以乙苯為主計(jì)算且以： P=185mmHg、 t=85℃ 時(shí)的乙苯的物性參數(shù)為依據(jù)： ρ l=10 3kg/m3 =∑x iMi=78+106+104+78= ρ g=P/(RT)=185/76010 510 － 3((+)) =μ l==10 － 、 μ g==10 － ? l=10 － 3N/m （ 1）氣體流量： Vg=nRT/P=(+)/(185/76010 510 － 3) ==（ 2）液體流量： ∵m l=∴V l=ml/ρ l=(10 3)=10 － 2m3/s 液氣流動參數(shù)： 選塔板間距： HT=，查圖 1042（下冊 P179）得： C20=氣相負(fù)荷因子為： 泛點(diǎn)氣速 Uf為： 取實(shí)際氣速為泛點(diǎn)氣速 Uf的 75%，則： Uˊ=75%U f==氣體的流通截面 (即塔的橫截面積扣除降液管所占面積 )Aˊ 為 : Aˊ=V g/Uˊ= 假定板上液流方式取單流型 (也稱徑流型 )，并取堰長 (lw)為塔徑 D 的 ，查圖 1040（下冊 P176）得降液管的截面積 Af對塔的橫截面積 AT的比值為： Af/AT= 故氣體流通截面積 Aˊ 對于塔的橫截面之比為： Aˊ/A T=（ 1－ ） /1= ∴A T=Aˊ/=塔徑 Dˊ 為 : = 根據(jù)塔設(shè)備系列規(guī)格化， 取實(shí)際塔徑 D 為 ； 則：塔的橫截面積 AT為： AT=π247。4 2=； 氣體通道截面 A 為： A== 2； 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，對照表 101數(shù)據(jù)，故所選單流型合適，已取堰長為塔徑的 ，得堰長 lw為： lw=== ； 圖1 堰液頭 how的計(jì)算 (堰上液層高度 )： 由：查得： （下冊圖 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 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 hw=，則堰高和堰液頭之和為： hw+how=+= (4) 液沫夾帶量的計(jì)算： 由液氣流動參數(shù)和泛點(diǎn)百分率查圖 1047（下冊 P183）。已知： Flv=、泛點(diǎn)百分率為 % 查得：液沫夾帶分率 Ψ=， 即：夾帶百分率為： eV=() L/V100%=% ＜ 10% 所以在此情況下，不會發(fā)生過量液沫夾帶，對板效率影響甚微，滿足工藝要求。 (5) 篩孔直徑和塔板布置： 取篩孔直徑 do=6mm； （一般在 3～ 8mm，推薦使用 4～ 6mm） 篩孔間距 t==15mm（ t=～ 5do） 在 有效截面上塔板的開孔率為： ； = 圖 3 取塔板上安定區(qū)寬度Ｗ s=，邊緣區(qū)寬度Ｗ c=， 按堰長和塔徑比值 lw/D=，查下冊 P176圖 1040得： Wd=== 鼓泡區(qū)寬度的 (1/2)值 x 值為： x=D/2－ (Wd+Ws)=－ (+)= 鼓泡區(qū)半徑 r 的計(jì)算： r=D/2－ Wc=－ = 塔板上開孔區(qū)有效面積（總 ） Aa為： = 開孔區(qū)面積 /塔板面積為： Aa/AT=； 篩孔總面積： Ao=Aa ?== 2； 篩孔數(shù)： N=Ao/ao=247。( ?247。4 2)=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。 a) 干板壓降 (hd)(P148式 104)； 取篩孔厚度為 δ=3m m，則：板厚 /孔徑 =3/6= 已知篩孔總面積： Ao=，氣體流通面積 A= Ao/A=(自由截面百分率 ) 由 Ao/A 查圖 1045 (下冊 P182)得： Co=(孔流系數(shù) ) = 液柱 b) 氣流通過液層的壓降 (hl)（下冊 P182，式 1031） hl=?(hw+how) (式中 ?充氣系數(shù)可按鼓泡截面上的氣體動能因子 F 查圖 1046得到 ) F=U?= = 1046得： ?= ?hl=(+= 液柱； c) 氣體通過一塊塔板的總壓降 (hp)； hp=hd+hl=+= 液柱。 (7) 液面落差 △ ( 下冊 P185，式 1037) 平均液體寬度： b=(D+lw)=(+)= 液體流通長度： Zˊ=D － 2wd=－ 2= 泡沫層高度： hf==(+)= (根據(jù)下冊 P185，式 1037)得： =10 － 8m 遠(yuǎn)小于 = （式中 μ l單位為 ） 落差很小，滿足工藝要求。 (8) 液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間（ σ ）； 已求得降液管截面積 Af= ∴σ=A fH T/Vl=(10 － 2)=(秒 )＞ (3～ 5秒 )停留時(shí)間足夠 (9) 降液管不發(fā)生液泛的校核； Hd=hw+how+△+h r+hp 式中： Hd—— 降液管內(nèi)液層高度； hw—— 堰高； how—— 堰上液層高度； hr—— 液體通過降液管的壓降； hp—— 液體通過一塊板 的壓降。 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。 上述計(jì)算中，取 h0=、 A0=lwh 0== 2 hr=hr1+hr2=+= Hd=++10 － 8++= 為防止液泛，降液管的總高度應(yīng)大于 管內(nèi)泡沫層的高度，即： (HT+hw)≥ （式 1033） φ 為相對泡沫密度，一般情況下可?。?φ= ( 下冊 P183) ∴Hd/φ － hw=－ =＜ HT= ∴ 不會發(fā)生液泛。 (10) 降液點(diǎn)氣速的計(jì)算： a) 板上清液層高度 (用式 1041， P186) hc=+－ +(Ls/lw) (式中 F 動能因子 )F=Ua?= =、 b— 平均液流寬度為 (lw+D) hc=+ － +10 － 4/007875= b) 漏液點(diǎn)氣速的計(jì)算： 由 hc查 P186圖 1049得：干板壓降 hd為： 水柱 = m 液柱 用式 1221(P207)計(jì)算漏液點(diǎn)氣速得： 式中： C0—— 孔流系數(shù)，已求得實(shí)際孔速為： U0=篩板塔的穩(wěn)定系數(shù) K 為： K=U0/U0w=(～ )(依據(jù) P185，式1040)，所以不會發(fā)生漏液。 (11) 塔高 104塊塔板，安裝 4個(gè)人孔，孔徑 600mm，塔釜取 2 m，裙座取 2m，第一塊板到塔頂取 1m，板間距 HT=，所以塔高 H 總 =。 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)量長度 =55m Re=d uρ/μ=11000/=31545 為湍流 管線為無縫鋼管 ε= 相對粗糙度 ε/d=查表： λ = 管線阻力降 =λ (L/d )u 2/2=551 2/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)。 （ 2）塔頂回流及塔頂采出泵 P2： Q=， R=， L= m3/h， D=； 泵進(jìn)料 管線 DN100，流速 U=回流管線為 DN65，當(dāng)量長度 =100m， 管線阻力降 =λ (L/d) u 2/2=18. 7m 靜壓 =70mH2O 總阻力降 ΔP= 根據(jù) Q= m3/h， ΔP= ，選 P2泵為 100Y120B(流量 53m3/h，揚(yáng)程 99m)。 （ 3）塔底回流及塔底采出泵 P3： Q=泵出口管線 DN125，流速 U=。 當(dāng)量長度 =30m 管線阻力降 =λL/d u 2/2= 靜壓 =10mH2O(含裙座高度 ) 再沸器阻力降 =40m 總阻力降 ΔP= 根據(jù) Q= m3/h， ΔP= ，選 P3泵為 150Y75B(流量 95m3/h，揚(yáng)程 52m)。 （ 4）塔頂回流罐： 塔頂出