【正文】 冷卻水用量為。 換熱器的計算及選型 設(shè)計中包含許多換熱器，這里只設(shè)計精餾工段所需的四個再沸器合三個冷凝器。⑵ 塔板數(shù)的計算 苯和甲回分離塔中主要含兩種組份：甲苯和苯，簡化為二組分精餾。96℃下， ③ 各公式的計算 將已知數(shù)據(jù)代入（）式，解得FLV=。 苯和甲苯分離塔的設(shè)計 ⑵ 塔徑估算 ① σ混合物的計算苯和甲苯分離塔的進料組成(mol分數(shù))為：甲苯：；苯：。理論板數(shù)的捷算法為，先按設(shè)計條件求出最小回流比Rmin及全回流條件下的最少理論板數(shù)Nmin。然后由篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖，讀得Cf20=?！妫鏁r，乙苯的表面張力為19mN/m；；。 ① 采用捷算法計算全塔理論板數(shù)： （）式中：Nmin—全回流條件下的最少理論板數(shù)Nmin； xDL—塔頂輕關(guān)鍵組分的mol含量； xDh—塔頂重關(guān)鍵組分的mol含量； xwL—塔釜輕關(guān)鍵組分的mol含量； xwL—塔釜輕關(guān)鍵組分的mol含量； αLh—輕關(guān)鍵組分對中關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度。取u== uf= m/s,將u= m/s代入式（）得，D=。乙苯蒸出塔的塔頂和塔釜的平均壓力為30Kpa，平均溫度為100℃。式（）中的qv，式（）中的σ、ρL、ρV，式（）中的LS,VS，這些數(shù)據(jù)均需要查有關(guān)數(shù)據(jù)手冊，然后用特定的公式計算出混合物的這些特性。 乙苯蒸出塔的設(shè)計 ⑴ 塔徑估算 （） （） （） （） 取HT=450mm= (HT為板間距)，由（）式計算出FLV。⑴ 乙苯蒸氣和水蒸氣混合后進入一段反應器的進料管 （） 式中：D—接管的內(nèi)徑，單位為m； —氣體的體積流量，單位為m3/h； u—氣體的流速，單位m/s，這里都取為40m/s。上封頭為可拆卸的，故反應器內(nèi)各個部位都可以方便的到達，進行裝填或檢修。,壁厚與反應器厚度相同21mm,高度2m。反應器筒體與封頭選用同樣的厚度20mm。 當筒體由無縫鋼管作筒體時，則以外徑作為筒體及其所對應的封頭的公稱直徑，其型式和尺寸如圖51。本設(shè)計采用天津大學精餾技術(shù)國家工程研究中心和北洋精餾公司開發(fā)的的填料塔支承結(jié)構(gòu)——桁架支承梁，它具有強度高、撓度小、透氣性好等優(yōu)點。② 反應器有效體積的計算 解得：V有效體積＝③ 反應器體積及直徑和高度的計算以及固定床床層壓降的計算 注：為了簡化處理二段反應器與一段反應器采用相同的直徑，并假設(shè)其壓降也相同 簡化起見，三段反應器的直徑也取為D=，可算出三段反應器催化劑床層高度H三段= 。 固定床三段反應器的設(shè)計⑴ 設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)　　已知：103kg/h；103kg/h；103kg/h；103kg/h。反應物料進口溫度為620℃。mol1s； ρ—流體的密度，單位kg/m3。⑵ 一段反應器的具體設(shè)計過程 ① 催化劑用量的計算 以1mol乙苯為基準，當轉(zhuǎn)化率為xE時，各組分的摩爾數(shù)為 水蒸氣： ；乙苯：1xE；苯乙烯：xE氫氣：xE +xE于是 于是反應速率方程可寫為：取反應器催化劑質(zhì)量為dw的微元，其物料衡算方程為：對上式進行數(shù)值積分。流體流速如果取得過大（直徑較?。瑫沟么矊訅航捣浅４?。軸徑向反應器中流體的流動情況既有軸向又有徑向。固定床反應器有三種基本形式：絕熱式、多段絕熱式和列管式。此外，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、催化劑機械磨損小，也是固定床反應器獲得廣泛應用的重要原因。 苯乙烯精制塔的熱量衡算 苯乙烯精制塔為減壓蒸餾無回流，塔釜溫度控制在110℃左右，絕大多數(shù)的苯乙烯氣化。Rmin= ⑴ 塔頂冷凝器的熱量衡算 （） 由塔頂物料的組成和各物質(zhì)在塔頂溫度下的潛熱數(shù)據(jù)，算得H混合潛熱=。所以：熱流體為140℃的飽和水蒸汽。塔頂冷凝量為：Rmin的計算：雙組分精餾最小回流比的計算過程，見第五章主要設(shè)備的設(shè)計及輔助設(shè)備的選型中精餾塔塔板數(shù)的計算一節(jié)。 ⑵ 塔釜再沸器的熱量衡算由塔釜物料的組成和各物質(zhì)在塔頂溫度下的潛熱數(shù)據(jù)，算得H混合潛熱=。塔頂操作壓力為25Kpa,℃；,溫度為110℃。繼續(xù)降溫降溫至136℃，乙苯開始液化，溫度保持不變，使其完全液化。產(chǎn)物的成分比較多，這里只考慮其中主要的四個組分：氫氣、水、乙苯、苯乙烯。⑴ 設(shè)x=600 得 把已知數(shù)值代入程（43）的右邊得：，不符合要求，所以還需要繼續(xù)試差。求解步驟：先設(shè)一個x,然后查處和該溫度下的各種物質(zhì)比熱容，然后求取平均比熱容。所以出口物料的溫度約為580℃。當兩邊差值的絕對值達到一定值后（），即認為x為上述方程的解。 二段反應器的熱量衡算 進入二段反應器的過熱水蒸氣量的計算 一定量的800℃的水蒸氣與520℃的一段出口物料混合后溫度達到620℃ 解得 m2(水)=103 kg/ｈ二段反應器 流 入 流 出流入流出組成流量/t/h組成流量/t/h水 水 乙苯 乙苯 苯乙烯 苯乙烯 H2 H2 進口物料（混合后）溫度為620℃，出口溫度設(shè)為x℃ 二段反應器出口物料溫度的計算 （） 能量衡算的參考態(tài)定為25℃，H2O（g），乙苯（g），苯乙烯（g），H2（g）。⑸ 設(shè)x=520 得 把已知數(shù)值代入方程（41）的右邊得：，符合要求。⑴ 設(shè)x=600 得 把已知數(shù)值代入方程（41）的右邊得：，不符合要求，所以還需要繼續(xù)試差。求解步驟：先設(shè)一個x,然后查處和該溫度下的各種物質(zhì)比熱容，然后求取平均比熱容?！?Ｑ1＝(水) kJ/ｈ⑵ 100℃ Ｑ2＝(水) kJ/ｈ⑶ Ｑ3＝(水) kJ/ｈ⑷ m1(水)的計算 800℃的水蒸氣與500℃的乙苯蒸氣混合后溫度達到620℃ 620℃至800℃之間經(jīng)計算可得 500℃至620℃之間經(jīng)計算可得 解得 m1(水)=103 kg/ｈ Q=Q1＋Q2＋Q3=107kJ/ｈ 一段反應熱 氣態(tài)苯乙烯的比熱容數(shù)據(jù)溫度/℃0204080100200400500600700Cp/Kcal/Kmol℃ Q3=104kJ/ｈ Ｑ＝Q1＋Q2＋Q3＝10６kJ/h 水預熱所耗熱量 水經(jīng)歷如下所示的狀態(tài)變化：100℃（l）100℃（g）Q1Q2Q325℃（l）800℃（g） 氣態(tài)水的比熱容數(shù)據(jù)溫度/℃0255075100200400500600700800Cp/Kcal/kg℃ t2=℃ CP(液)=水蒸氣的作用有二：①載熱體供給反應所需熱量；②稀釋劑以降低乙苯的分壓，提高乙苯的轉(zhuǎn)化率。⑶ 將二段反應器的出口產(chǎn)物再與一定量的過熱至800℃的水蒸氣混合達到620℃進入三段反應器，二段過熱水蒸氣的加料量根據(jù)熱量衡算來確定。 一段反應器的熱量衡算設(shè)計要求：⑴ 將一定量的過熱至800℃的水蒸氣與500℃的乙苯蒸氣混合，達到620℃進入一段反應，一段過熱水蒸氣的加料量根據(jù)熱量衡算來確定。 所以y=103 kg/h 所以z=103 kg/h 物料衡算結(jié)果匯總將x、y、z值代入前面的各個表達式得到每個流股的具體流量數(shù)值。F1 催化脫氫反應器的物料衡算 F1 F1 F3催化脫氫反應器F2 F2 注：F1由新鮮乙苯進料和循環(huán)乙苯進料混合而成；F3為出反應器的產(chǎn)物；F2為純水F3組成的計算： 流入流出組成 流量/t/h組成 流量/t/h 乙苯+苯乙烯+H2Om(H2O) 乙苯+其它+H2Om(H2O)苯+甲苯+H2+CH4+C2H6+焦油++合計x+y+m(H2O)合計x+y+m(H2O) F4 F3冷凝器F5 冷凝器的物料衡算 注：F4包含H2 ，CH4，C2H6；F5包含粗苯乙烯，水,假設(shè)此處氣液完全分離。需要設(shè)出三個未知量來表示F1F15流股中所有組成的質(zhì)量流量。 主反應： 副反應： ⑶ 焦油的生成來源有兩處：化學反應中產(chǎn)生的焦油和后續(xù)分離過程中精餾塔中產(chǎn)生的焦油，在本設(shè)計中只考慮化學反應中產(chǎn)生的焦油。工藝的兩個核心：優(yōu)異的催化劑和性能優(yōu)越的的反應器。等溫式反應器設(shè)備比較復雜，且產(chǎn)能比較小。在生產(chǎn)中必須在線檢測反應器中混合氣體的組成，并且極其嚴格的控制和調(diào)整各原料氣的進料量。綜合以上四個方面來考慮篩選出：乙苯催化脫氫法和UOP的選擇性氧化脫氫法兩種工藝，再對其進行進一步的詳細比較。 ⑵ 工藝流程預 處 理苯 乙 炔 加 氫萃 取 精 餾溶 劑 回 收脫 色苯 乙 烯 精 制加 氫 及 芳烴 抽 提C8 抽 余 油乙 烯 裂 解 汽 油苯 乙 烯重 組 分 工藝比較及選擇 從技術(shù)角度來講：催化脫氫法是最成熟的一種工藝方法，而UOP的選擇性氧化脫氫法是最先進的工藝。之后美國Glitsth Technology公司和中國石化石油科學研究院又開發(fā)了新的工藝，并且以工業(yè)化或正在工業(yè)化。是目前制備苯乙烯的工業(yè)化的方法中最先進的一種。該方法于1973年在西班牙實現(xiàn)工業(yè)化，是工業(yè)化生產(chǎn)苯乙烯的又一種重要方法。⑴ 技術(shù)開發(fā)與工業(yè)化1930年美國道化學公司首創(chuàng)由乙苯熱脫氫制苯乙烯技術(shù)。并且該工藝在這兩方面已經(jīng)取得了長足的進步，所以本設(shè)計最終決定采用乙苯氧化脫氫法。氧氣、乙苯蒸氣、苯乙烯蒸氣氫氣等多元混合氣體共存于反應器，必須嚴格控制爆炸極限，所以必須能夠在線檢測反應器中多原混合物的組成并且嚴格控制氣體進料和反應溫度等，以確?；旌蠚怏w處于爆炸極限之外。目前世界范圍內(nèi)和國內(nèi)采用的主要路線還是傳統(tǒng)的乙苯催化脫氫法，該法最大的缺點是能耗比較高。最新的分離技術(shù)使得從裂解汽油中回收高純度的苯乙烯和二甲苯的同分異構(gòu)體也成為可能。該工藝是將乙苯脫氫反應生成的氫有選擇性地進行氧化燃燒，使反應平衡向有利于生成苯乙烯的方向移動，同時提供反應所需要的熱量，能大幅度提高生產(chǎn)苯乙烯的轉(zhuǎn)化率。該法的大致流程為乙 苯先氧化成過氧化氫乙苯，然后與丙烯進行環(huán)氧化反應制得苯乙烯并聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧丙烷。下面簡單介紹已經(jīng)工業(yè)化的四種方法。其它與菲納/巴杰爾等專利技術(shù)有關(guān)的有7個廠家，產(chǎn)能為1080kt/a ，%。[5]企業(yè)產(chǎn)能/（kt我國大陸是未來幾年最具潛力的的市場[4] 。亦有文獻報道，該年總產(chǎn)能37860kt/a，總消費為30030kt。 世界范圍內(nèi)的產(chǎn)能情況 2009年世界苯乙烯各地區(qū)生產(chǎn)能力[5]地區(qū)產(chǎn)能/（萬t 苯乙烯的來源與應用煉油廠得到的C8芳烴餾分中獲得（10%）苯和乙烯經(jīng)烷基化制得（90%）乙苯苯乙烯制備聚苯乙烯（%）ABS／SAN樹脂（%）SBR及膠乳（%）不飽和樹脂（%）其它（%）其它途徑 圖 苯乙烯的來源與應用苯乙烯是重要的基本有機原料，主要用于制造聚苯乙烯樹脂、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡膠彈性體、苯乙烯一丙烯腈共聚物、苯乙烯一順丁烯二酸酐共聚體、不飽和聚酯樹脂、離子交換樹脂、合成樹脂涂料及絕緣體等材料，這些材料在汽車制造、家電用器、紡織、建材、輕工、玩具等工業(yè)部門都有重要的用途。不溶于水（1%），能與乙醇、乙醚等有機溶劑混溶。本設(shè)計主要做了以下幾個方面的工作：文獻調(diào)研，工藝選擇；物料衡算，能量衡算；設(shè)備設(shè)計；車間布置；經(jīng)濟估算；帶控制點的工藝流程圖，主體設(shè)備圖及車間布置圖的繪制?，F(xiàn)在世界上的苯乙烯年產(chǎn)量為3000萬噸左右，我國的年產(chǎn)量在600萬噸左右，且目前處于供需持平，從產(chǎn)量和需求可以看出苯乙烯生產(chǎn)的重要性。本設(shè)計采用技術(shù)最成熟的工藝：絕熱式乙苯催化脫氫工藝。關(guān)鍵詞：苯乙烯；工藝設(shè)計；催化脫氫；絕熱固定床反應器The production workshop desig