【正文】 六、乙苯—苯乙烯塔主要工藝條件一覽表表38項(xiàng) 目單 位數(shù) 量項(xiàng) 目單位精餾段進(jìn)料F流量kg/h塔板型式 篩板溫度t℃流程數(shù)程單壓力mmHg泛點(diǎn)氣速Ufm/s狀態(tài)(q)液體分率1實(shí)際氣速Um/s塔頂D流量kg/h塔橫截面ATm2溫度t℃氣流通道截面Am2壓力mmHg185降液管截面Afm2塔底W流量kg/h堰高h(yuǎn)wm溫度t℃堰長(zhǎng)lwm壓力mmHg開孔率%塔頂冷凝負(fù)荷Q冷kcal/h106篩孔直徑m塔底再沸負(fù)荷Q再kcal/h106篩孔數(shù)個(gè)3808最小回流比Rmin 氣體通過篩孔氣速U0m/s實(shí)際回流比R 干板壓降hdm最小理論板數(shù)Nmin塊氣體通過液層壓降hlm理論板數(shù)N塊氣體通過塔板總壓降hpm板效率η%75%在降液管停留時(shí)間τs實(shí)際塔板數(shù)NT塊104降液管內(nèi)液層高度Hdm塔內(nèi)徑Dm漏液點(diǎn)氣速Uowm/s精餾段塔板數(shù)
。 （4）塔頂回流罐：塔頂出料流量=塔頂回流罐容積=選容積為45M3左右，P=185mmHg= mmHg的臥式罐作為回流罐乙苯—苯乙烯塔操作條件：進(jìn)料溫度℃：塔頂溫度℃：塔底溫度℃：塔高m：塔頂壓力mmHg：185塔底壓力mmHg：塔板數(shù)：104進(jìn)料位置：第51塊最小回流比：回流比：A、進(jìn)料泵P1：流量m3/h：總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：150Y75BB、塔頂回流及塔頂采出泵P2：流量m3/h：總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：100Y120BC、塔底回流及塔底采出泵P3：流量m3/h： 總阻力降ΔP m：泵型號(hào)：150Y75BD、塔頂回流罐：容積M3：45壓力mmHg：（5）塔頂冷凝器負(fù)荷計(jì)算乙苯塔附屬設(shè)備的計(jì)算Ａ、塔頂冷凝器P頂=185 mmHg △P=8mmHg ∴P=1858=177 mmHgT=48℃=48+273=321K 用下列公式試差計(jì)算e、xi、yixi=zi/〔(1Ki)e+Ki〕 ①lnPio=AB/(T+C) ② 化學(xué)工程手冊(cè)上卷P1109表53y=Kixi ③ Ki=Pio/P ④ 表31組分Vi(kmol/h)ziT=48℃設(shè)e=(R+1)DPio(mmHg)KixiyiBTBEBStyΣ ∴假設(shè)成立e=1）物料冷凝放熱物料冷卻平均溫度T=（+48）/2+273=物料冷凝溫度 t=48℃計(jì)算出各組分的Cpi(g)值： Cpi=A+BT+CT2+DT3在查出各組分的△H值，然后根據(jù)公式Cp=ΣCpizi △H=Σ△Hixi計(jì)算結(jié)果列表表32組成zixiCpi（kcal/kmol．K）Cpizi△Hi（kcal/kmol．K）△HixiBTBEBStyΣ 冷凝液量B=V．e==未凝氣量=VB== kmol/h∴Q放=VCp△T+B△H =()+=2）冷卻水用量CpH2O(l)=1kcal/kg．KGH2O(l)= Q放/[ CpH2O(l)(t出t入)]=（4025）=3）換熱面積△tm=[()(4840)]/ln[()/(4840)]=℃K取400kcal/m2h℃ （《化學(xué)工程手冊(cè)》P6117 表92）A=Q放/K△tm=（400）= m24）選型根據(jù)工藝要求選擇浮頭式冷凝器①冷凝器熱量衡算Q冷=（R+1）V（HVDHLD）由《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》P1630及P16206查得：以0℃為計(jì)算基準(zhǔn)查得0～100℃下的各組分的平均熱容Cpi 及0℃的汽化熱列表如下：表33組分0～100℃的平均熱容Cpi0℃的汽化熱169。（3）塔底回流及塔底采出泵P3：Q=泵出口管線DN125，流速U=。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(zhǎng)度=55mRe=d uρ/μ=11000/=31545 為湍流管線為無縫鋼管ε=相對(duì)粗糙度ε/d=查表：λ=管線阻力降=λ (L/d )u2/2=5512/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)。(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(dòng)能因子)F===、b—(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：= 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(huì)發(fā)生漏液。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。(7) 液面落差△ (下冊(cè)P185，式1037)平均液體寬度：b=(D+lw)=(+)=液體流通長(zhǎng)度：Zˊ=D－2wd=－2=泡沫層高度：hf==(+)=(根據(jù)下冊(cè)P185，式1037)得： =10－8m = （）落差很小，滿足工藝要求。4)=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。(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Ｗs=，邊緣區(qū)寬度Ｗc=，按堰長(zhǎng)和塔徑比值lw/D=，查下冊(cè)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=Aaj==；篩孔數(shù)：N=Ao/ao=247。4=；氣體通道截面A為：A==；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(duì)照表101數(shù)據(jù)，故所選單流型合適，得堰長(zhǎng)lw為：lw===； 圖1堰液頭how的計(jì)算(堰上液層高度)：由：查得：（下冊(cè)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(cè)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h(yuǎn)w=，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(dòng)參數(shù)和泛點(diǎn)百分率查圖1047（下冊(cè)P183）。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)。（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：℃。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/PDaij苯甲苯乙苯苯乙烯1合計(jì) ℃。計(jì)算229。由Ki=Pi/PD計(jì)算出Ki222。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222。65K，根據(jù)物質(zhì)Cp表可計(jì)算：乙苯：Cp 平均= a+b102T+c105T2+d109T3=（kJ/kmolK）苯乙烯：Cp平均= a+b102T+c105T2+d109T3=（kJ/kmolK）甲苯：Cp平均= a+b102T+c105T2+d109T3=（kJ/kmolK）Cp m平均=∑yi Cp i平均=（kJ/kmol K）ΔHV’=∑niΔHVi’=106 (kJ/h)ΔH1= n反應(yīng)物 Cp m平均(TT0)+ ∑ni HVi’=107 (kJ/h)（B）帶出反應(yīng)器熱量1) 反應(yīng)吸收熱量：Q吸=ΔHRθ乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程為：主反應(yīng)　　C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 (a)副反應(yīng) C6H5C2H5 C6H6 +CH2CH2 (b)　　　　　C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4 (c)由各物質(zhì)ΔHf列表可得：對(duì)于(a)反應(yīng)：ΔHRθ1== kJ/mol對(duì)于(b)反應(yīng)：ΔHRθ2=+= kJ/mol對(duì)于(c)反應(yīng)：ΔHRθ3== kJ/mol由物料衡算可得：(a) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯： /h；(b) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯： /h；(c) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯： kmol /h；ΔHRθ=∑niΔHVi’=106 (kJ/h)2）反應(yīng)物帶出熱量：Q3=ΔHV”+ΔH2ΔHV”=∑niΔHI=106 (kJ/h)ΔH2= n Cp m平均(T2T0)Cp m平均=∑yi Cp i平均根據(jù)Cp列表，累加得表26序號(hào)名稱AB1103C1106D11091甲烷 2乙烯 序號(hào)名稱AB1103C1106D11093苯乙烯 4苯 5甲苯 6乙苯7氫氣合計(jì) ∴Cp m平均=+104T2+108T3（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。連續(xù)生產(chǎn)300天，需要新鮮物料：10000：= X：X= kg/h。） 選輕關(guān)鍵組份為甲苯，重關(guān)鍵組份為乙苯進(jìn)料量 F2＝D1＝ kmol/h （苯乙烯塔的出料量等于乙苯塔的進(jìn)料量）L、乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪螱12 D2=+*（%）+*（）*%= kmol/h XDB= XDTB=*（%）/= XDEB=*（）*%/=M、乙苯回收塔塔底的物料G13 W2=F2D2== kmol/h XWB=*%/= XWEB=*（）*（%）/= XWSTY=*%/=苯－甲苯塔 選輕關(guān)鍵組份為苯，重關(guān)鍵組份為甲苯 （苯－甲苯塔塔頂壓力160mmHg，塔頂甲苯%，塔釜苯%。塔頂苯乙烯含量%，塔釜乙苯%。(8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯%，塔釜甲苯%。塔頂苯乙烯含量%，塔釜乙苯%。精餾塔真空操作，塔頂壓力50mmHg。(4) (W%)。(3) 冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，水中夾帶芳烴量為500mg/L，夾帶芳烴組成同有機(jī)混合物相同。 乙