【正文】 lcon法又稱PO－SM聯(lián)產(chǎn)法，由西班牙Halcon法公司開發(fā)[6]。（6）環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法 環(huán)氧烷聯(lián)產(chǎn)法是先將乙苯氧化成乙苯氫過氧化物，再使之在Mo、W催化劑存在下與丙烯反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷和－苯乙醇，后者脫水可得到苯乙烯。大慶石油比重中等，粘度高，含蠟量高，凝固點(diǎn)高，含硫量極少，一般稱為三高一少，屬低硫石蠟基型，是理想的石油化工原料。 水利資源 齊齊哈爾市主要江河有嫩江、諾敏河等，齊齊哈爾市江河天然水質(zhì)好，有15個(gè)地下含水層，所以完全可以滿足本廠的工業(yè)與生活用水需求。綜上，齊齊哈爾市完全可以滿足本廠的原料和產(chǎn)品運(yùn)輸要求。綜上所述，齊齊哈爾市完全可以滿足建立本廠的各種要求，并且符合廠址選擇標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定。∕g孔體積ml∕g顆粒密度g∕mlGS05型紅褐色圓柱體3— 氧化脫氫反應(yīng)器催化劑表15 氧化脫氫催化劑特性型號(hào)外觀外形尺寸mm堆密度g / ml比表面積 / g孔體積顆粒密度g / mlY101型 銀灰色 柱體Φ46 產(chǎn)品規(guī)格表16 產(chǎn)品規(guī)格性能苯乙烯顏色APHA聚合物硫苯乙炔過氰化物粘度指標(biāo)≮%≯10≯10ppm(W)≯1ppm(W)≯30ppm(W)≯20ppm(W) 第2章 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 工藝原理 主反應(yīng)及反應(yīng)熱如下： 副反應(yīng)主要有乙苯的裂解、加氫裂解、水蒸氣轉(zhuǎn)化、聚合和縮合反應(yīng)等。 選取此路線原因魯姆斯（UOP∕Lummus“SMART”）, SM工藝是在Classic SM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新工藝，即在工藝Classic SM工藝的脫氫反應(yīng)中引入了部分氧化技術(shù)?！癝MART”技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過提高乙苯轉(zhuǎn)化率， 減少了未轉(zhuǎn)化乙苯的循環(huán)返回量，使裝置生產(chǎn)能力提高，減少了分離部分的能耗和單耗；以氫氧化的熱量取代中間換熱，節(jié)約了能量；甲苯的生成需要?dú)?，移除氫后減少了副反應(yīng)的發(fā)生；采用氧化中間加熱，由反應(yīng)物流或熱泵回收潛熱，提高了能量效率，降低了動(dòng)力費(fèi)用，因而經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。目前采用“SMART”工藝SM裝置有3套在運(yùn)行。蒸汽既加熱反應(yīng)進(jìn)料、減少吸熱反應(yīng)的溫度降，同時(shí)蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反應(yīng)平衡向著苯乙烯(SM)方向進(jìn)行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活性。新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一部分蒸汽混合，然后在蒸汽過熱器內(nèi)進(jìn)行過熱，與過熱蒸汽相混合，在一個(gè)兩段、絕熱的徑向催化反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氫，反應(yīng)中生成的氫氣全部進(jìn)入氧化脫氫反應(yīng)器中與其中的氧氣反應(yīng)放出熱量并生成水蒸汽。 工藝參數(shù) 反應(yīng)溫度：580~660℃壓力：，加入水蒸氣來稀釋原料氣，以降低乙苯的分壓，提高乙苯平衡轉(zhuǎn)化率，水蒸氣與乙苯摩爾比16~20（質(zhì)量比取為3:1）。 物料衡算 生產(chǎn)能力的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為30萬噸/年。為了充分利用設(shè)備，開工因子應(yīng)取的較大，接近1，但又不能等于1?！?。定每天生產(chǎn)為1批料，每小時(shí)生產(chǎn)為1班。以此作為物料衡算的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)研究系統(tǒng)做物料衡算，可用見式（11）。 固定床反應(yīng)器物料衡算（1） 進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算對(duì)連續(xù)生產(chǎn)可確定計(jì)算基準(zhǔn)為㎏∕批。 （2）投料量計(jì)算對(duì)連續(xù)生產(chǎn)可確定計(jì)算基準(zhǔn)為Kg/批，則需計(jì)算每批產(chǎn)量及原料投料量。原料水蒸氣含5%的雜質(zhì)氣體。表21 絕熱脫氫反應(yīng)器物料衡算固定床反應(yīng)器進(jìn)料固定床反應(yīng)器出料kg∕hkg∕h乙苯（%）49332（100%）水蒸氣（95%）155163（100%）續(xù)表21 絕熱脫氫反應(yīng)器物料衡算固定床反應(yīng)器進(jìn)料kg∕h固定床反應(yīng)器出料kg∕h氧氣0催化劑苯乙烯0甲苯0苯乙烯0甲苯0苯0乙苯0乙烯0甲烷0殘?zhí)苛?氫氣00二氧化碳0焦油0總計(jì) 冷凝器油水分離階段物料衡算脫氫結(jié)束后用冷凝器加以冷凝，除去水，溫度必須控制在25℃左右，見表22。 （22） 式中： —所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量； —加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量 為“+”，冷卻劑吸收熱量為“”），kJ； —過程的熱效率，（符號(hào)規(guī)定過程放熱為“+”；過程吸熱為“”）； —反應(yīng)終止時(shí)物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓）； —設(shè)備部件所消耗的熱量，kJ； —設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失,kJ； 熱量衡算的基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即對(duì)間歇生產(chǎn)可以以每日或每批處理物料基準(zhǔn)。從上式中可得： （23） 式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法： 熱量計(jì)算（1）、和的計(jì)算查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得到反應(yīng)流程中各物質(zhì)的恒壓比熱容Cp見表23。 （24）式中： —反應(yīng)物體系中組分i的質(zhì)量，kg。K)或kJ/(kmol 。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(jì)，故過程熱效應(yīng)可由見式（25）。 （27）。 =49332120＋（49332＋＋ ++++＋ ++）100 =+ = kJ/h （4）熱損失的計(jì)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。表24 熱量衡算表 輸入系統(tǒng) 熱量符號(hào)意義結(jié)果kJ∕h輸出系統(tǒng)熱量符號(hào)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(jì) ∑總計(jì) 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(gè)脫氫反應(yīng)器和一個(gè)氧化脫氫反應(yīng)器三個(gè)單元模塊，具體流程圖見圖22。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： （1）結(jié)合工藝流程設(shè)計(jì)確定化工單元操作所用設(shè)備的類型。這項(xiàng)工作有時(shí)是與設(shè)備設(shè)計(jì)人員共同完成的。不同類型設(shè)備的主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如下。 （4）確定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或定型設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格和臺(tái)數(shù)。 關(guān)鍵設(shè)備選擇 催化劑的工藝參數(shù)計(jì)算 固定床反應(yīng)器的計(jì)算主要包括催化劑用量、床層高度和直徑、床層壓力降等。經(jīng)驗(yàn)法比較簡(jiǎn)單，常取實(shí)驗(yàn)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(jì)依據(jù)直接計(jì)算得到[10]。單位為。 （31） 脫氫反應(yīng)器一和二主要采用FeK系催化劑。氧化脫氫反應(yīng)器主要采用Pt∕系催化劑。 Kg， Kg， 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(fù)壓狀態(tài)下操作， MPa。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(shí)間，單位為 h。 （35） 脫氫反應(yīng)器一空時(shí)： h 脫氫反應(yīng)器二空時(shí)： h 氧化脫氫反應(yīng)器空時(shí)： h（4）空時(shí)收率指反應(yīng)物通過催化劑床層時(shí)，在單位時(shí)間單位質(zhì)量(單位體積)催化劑所獲得目的產(chǎn)物量。 （36） 式中：－催化劑的空時(shí)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。這是催化劑生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)。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。 （39） 式中：U—空床的線速度，m∕s； —空床速度，m∕s。 固定床反應(yīng)器的高度與直徑計(jì)算催化劑的用量確定后，催化劑的有效體積也就確定。因此床層的高度與直徑通過操作氣速、壓力降（即動(dòng)力消耗）、傳熱、床層均勻性等影響因素綜合評(píng)價(jià)來確定。床層高度與直徑的計(jì)算步驟如下[11]：（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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。 （313）中包括兩項(xiàng)，由于度一項(xiàng)的中包含有粘度項(xiàng)，代表摩擦阻力損失，而第二項(xiàng)則代表局部阻力損失?？障堵适怯绊憠毫档闹匾蛩?。 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(shí)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(yàn)床層壓力降三個(gè)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。氧化脫氫反應(yīng)器： = ＜，符合要求。 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(jì)采用絕熱徑向固定床反應(yīng)器，可求出內(nèi)徑D： （315）脫氫反應(yīng)器一內(nèi)徑 m脫氫反應(yīng)器一內(nèi)徑 m氧化脫氫反應(yīng)器內(nèi)徑 m 固定床反應(yīng)器壁厚的計(jì)算與選型（1）固定床反應(yīng)器所用鋼材及壁厚的圖算法[12] 根據(jù)≤化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)≥，本設(shè)計(jì)固定床反應(yīng)器所用鋼材為奧氏體鋼06Cr19Ni10Ti（GB4237），使用溫度為196～700℃[13]。表31 奧氏體鋼06Cr19Ni10Ti（GB4237）特性金屬材料奧氏體鋼06Cr19Ni10Ti（GB4237）密度ρ g/ml熔點(diǎn) ℃1400比熱容 J/(kgK)導(dǎo)熱系數(shù) W/(mK)～線膨脹系數(shù) ℃電阻率ρ 彈性模量E（550～700℃）155～143泊松比μ ～由于外壓圓筒壁厚的理論計(jì)算方法很繁雜，GB1501998 ≤鋼制壓力容器≥推薦采用圖算法確定固定床反應(yīng)器的壁厚，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便。設(shè)=12 mm，取=10 mm， 查≤化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)≥P257頁(yè)圖136：外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖（適用于所有材料）得：系數(shù)= 查≤化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)≥P262圖1312：外壓圓筒、管子和球殼厚度計(jì)算圖（06Cr19Ni10Ti鋼）得：系數(shù)= MPa則：許用外壓力[P]== MPa MPa＜ MPa，所用鋼材厚度符合脫氫反應(yīng)器一生產(chǎn)要求。 （4）氧化脫氫反應(yīng)器的壁厚計(jì)算設(shè)=10 mm，取=8 mm， 查≤化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)≥P257頁(yè)圖136：外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖（適用于所有材料）得：系數(shù)= 查≤化工過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)≥P262圖1312：外壓圓筒、管子和球殼厚度計(jì)算圖（06Cr19Ni10Ti鋼）得：系數(shù)= MPa 則：許用外壓力[P]== MPa MPa＜ MPa，所用鋼材厚度符合氧化脫氫反應(yīng)器生產(chǎn)要求。