万吨苯乙烯生产车间工艺设计—本科毕业设计.doc(4)

反应器平均操作压力为0.12MPa，反应物料进口温度为620℃。⑵ 二段反应器的具体设计过程① 催化剂用量的计算以1mol乙苯为基准，当转率为xE时，各组分的摩尔数为： 水蒸气 ；乙苯：1-xE；苯乙烯：xE；氢气：xE。总计19.74+xE反应速率方程可写为：取反应器催化剂质量为dw的微元，其物料衡算方程为：对上式进行数值积分，x增量取为0.05，将反应器的计算结果列于下表表5.2二段反应器的数值积分计算结果xETkKPEPS(PH)rErE（平均）Δww0.408930.05620.33560.03970.02010.00220.458830.04890.27190.04370.01630.00210.0021408440840.508730.04250.22060.04690.01330.00200.0020429383770.558630.03650.17870.04950.01080.00180.00194643130190.608530.03150.14500.05160.00880.00160.0017512018140由表5.2可知，二段反应器总共需要装填18140kg的固体催化剂。

② 反应器有效体积的计算解得：V有效体积＝15.12ｍ３ ③ 反应器体积及直径和高度的计算以及固定床床层压降的计算注：为了简化处理二段反应器与一段反应器采用相同的直径，并假设其压降也相同 简化起见，二段反应器的直径也取为D=3.4m，可算出二段反应器催化剂床层高度H2二段= 1.67m。5.1.5 固定床三段反应器的设计⑴ 设计的基础数据已知：三段反应器乙苯进料量为7.363×103kg/h；水蒸气进料量为47.80×103kg/h；苯乙烯的进料量10.835×103kg/h；氢气的进料量0.207×103kg/h。反应器平均操作压力为0.12MPa，反应物料进口温度为620℃。⑵ 三段反应器的具体设计过程① 催化剂用量的计算 以1mol乙苯为基准，当转率为xE时，各组分的摩尔数为水蒸气： ；乙苯：1-xE；苯乙烯：xE氢气：xE。总计39.23+xE反应速率方程可写为：取反应器催化剂质量为dw的微元，其物料衡算方程为：对上式进行数值积分，x增量取为0.05，将反应器的计算结果列于下表表5.3三段反应器的数值积分计算结果xETkKPEPS(PH)rErE（平均）Δww0.608930.0562 0.3356 0.0121 0.0181 0.00060.658830.0489 0.2719 0.0105 0.0196 0.0004 0.00053 16246 16246 0.708730.0425 0.2206 0.0090 0.0210 0.0003 0.00037 23334 39580 0.758630.0365 0.1787 0.0075 0.0225 0.0002 0.00023 37077 76657 由表5.3可知，三段反应器总共需要装填76657kg的固体催化剂。

② 反应器有效体积的计算 解得：V有效体积＝63.88ｍ３③ 反应器体积及直径和高度的计算以及固定床床层压降的计算 注：为了简化处理二段反应器与一段反应器采用相同的直径，并假设其压降也相同 简化起见，三段反应器的直径也取为D=3.4m，可算出三段反应器催化剂床层高度H三段= 7.04m。5.1.6 固定床气体分布器的选用初始分布器采用图5.1所示的切向环流式分布器 图5.1切向环流式进气初始分布器三维设计图 5.1.7 支承结构填料支承装置的作用是支承塔内填料床层。对填料支承装置的要求是：①应具有足够的强度和刚度；②应具有大于填料层空隙率的开孔率，防止在此发生液泛；③结构要合理，利于气、液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。大型塔支承梁的设计好坏对填料及塔板效率影响很大。本设计采用天津大学精馏技术国家工程研究中心和北洋精馏公司开发的的填料塔支承结构——桁架支承梁，它具有强度高、挠度小、透气性好等优点。桁架支承梁中间可以穿行，可利用空间高度大大降低，从而降低了全塔高度；同时桁架支承梁改善了大支承梁造成的气流旋流、冲击而影响塔板及填料性能发挥的缺点。架梁与普通工字钢梁相比，可使气体实现横向混合，减少气相流动阻力，同时可减少金属质量。

5.1.8 固定床上下封头的选型⑴ 当筒体由钢板卷制时，筒体及其所对应的封头公称直径等于内径。 当筒体由无缝钢管作筒体时，则以外径作为筒体及其所对应的封头的公称直径，其型式和尺寸如图5-1。图5-2封头的标注本设计的筒体由钢板卷制而成，故筒体及其所对应的封头公称直径等于内径。查中华人民共和国行业标准：椭圆形封头 JB/T 4737－1995选用公称为3400mm的封头，它的一些参数见表5.4表5.4选用封头的国家标准公称直径DN/mm曲面高度h1/mm直边高度h2/mm厚度δ/mm内表面积A/m2容积V/m2质量m/kg碳素钢、低合金钢、复合钢板高合金钢3400800502013.06495.5988 2013.00242422.49282834.31⑵ 设备及封头材质的选择：催化脱氢反应器有固定床反应器，如列管式、圆柱型绝热床单段或多段反应器和径向反应器，以及流化床反应器。反应器的材质要有耐高温和抗氢蚀的能力。反应器筒体与封头选用同样的厚度20mm。选用优质不锈钢，0Cr18Ni9304不锈钢[24]。5.1.9 固定床群座的设计群座可分为耳式、支承式、鞍式三种类型，本设计采用支承式中的圆筒形的裙式支座。

不对其进行详细设计，只列出其中的几个主要参数。内径3.4m,壁厚与反应器厚度相同21mm,高度2m。5.1.10 固定床人孔的设计一般情况下：容器直径大于3m时，选用DN600人孔。本设计中固定床反应器的直径为3.4m，故选用DN600人孔。人孔数为两个，一二段催化剂床层之间设置一个人孔，二三段催化剂床层之间设置一个人孔。上封头为可拆卸的，故反应器内各个部位都可以方便的到达，进行装填或检修。5.1.11 固定床接管的设计本设计中的固定床反应器需要设计四个接管：①乙苯蒸气和水蒸气混合后进入一段反应器的进料管；②二段反应器过热水蒸气的进料管；③三段反应器过热水蒸气的进料管；④固定床反应器总的出料管[25,26]。查化工原理课本可知，过热水蒸气在管道中的常用流速范围为30-50m·s-1。⑴ 乙苯蒸气和水蒸气混合后进入一段反应器的进料管（5.6）式中：D—接管的内径，单位为m；—气体的体积流量，单位为m3/h；u—气体的流速，单位m/s，这里都取为40m/s。（5.7）(5.8) m水=14.78×103kg/h，m乙苯=18.405×103kg/h，可以算得：=33.4g/mol 式（5.8）中：P=0.12Mpa；T=620℃=893K 把已知数据带入（5.8）可得：=0.540kg/m 把已知数据带入（5.7）可得：qv=6.145×104m3/h 把已知数据带入（5.6）可得：D=0.737m，圆整为D=0.8m⑵ 二段反应器过热水蒸气的进料管m水=14.78×103kg/h；P=0.12Mpa；T=800℃=1073K；M=18g/mol把已知数据带入（5.8）可得：=0.242kg/m3把已知数据带入（5.7）可得：qv=8.417×104m3/h把已知数据带入（5.6）可得：D=0.863m，圆整为D=0.9m ⑶ 三段反应器过热水蒸气的进料管m水=12.65×103kg/h；P=0.12Mpa；T=800℃=1073K；M=18g/mol把已知数据带入（5.8）可得：=0.242kg/m3把已知数据带入（5.7）可得：qv=5.228×104m3/h把已知数据带入（5.6）可得：D=0.962m，圆整为D=0.9m ⑷ 固定床反应器总的出料管m水=47.8×103kg/h，m乙苯=4.6×103kg/h，m苯乙烯=13.453×103kg/h，m氢气 =0.2605×103kg/h可以算得：=22.4g/mol式（5.8）中：P=0.12Mpa；T=590℃=863K把已知数据带入（5.8）可得：=0.375kg/m3把已知数据带入（5.7）可得：qv=1.763×105m3/h把已知数据带入（5.6）可得：D=1.249m，圆整为D=1.2m5.2 精馏塔的设计本设计分离工段包括乙苯蒸出塔、苯和甲苯回收塔、苯和甲苯分离塔和苯乙烯精制塔。

经营许可范围:一般危化品:乙烯、丙烯、1,3-丁二烯[稳定的]、丙烷、正丁烷、正戊烷、天然气[富含甲烷的](此品种仅限作为化工原料等非燃料用途的经营)、苯、乙苯、1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯、苯乙烯[稳定的]、甲醇、乙醇[无水]、乙酸溶液[10%＜含量≤80%]、乙酸[含量＞80%]、乙酸仲丁酯、异辛烷、石脑油、甲基叔丁基醚、1,3,5-三甲基苯、异丁烷、异丁烯、1-丁烯、2-丁烯、异丙基苯、正丙苯、1,3,5-三甲基苯、1,2,4,5-四甲苯、正丁基苯、萘。将氯化液采出槽中的氯化液，用泵经过滤器从脱轻塔的中部或下部进料，负压精馏脱轻，从塔顶采出氯化液中的水份、盐酸、氯化苯尾气中苯及苯类有机物，还有少部分二氯，此轻组份分层后油层作为回流液，水层溢流入水层槽，用泵输送至馏出液受槽，与馏出液合并一同处理，脱轻塔釜组成达技控点后用泵经过滤器进入精馏塔的中部或下部，负压精馏，塔顶采出合格产品去二氯受槽，经包装泵包装。洗苯脱苯的工艺流程是贫富油经洗苯塔清洗后进入脱苯塔，利用温度的不同产生轻苯油水和重苯油水，经油水分离器进行分离。

由图1所示，h点表示最初塔釜混合物的组成，若加苯后使其组成正好在at线与gb线的交点处（h点），则三元共沸物馏出后，残液变成纯乙醇，此时的共沸剂用量为理论共沸剂用量，但实际操作时宜于添加稍过量的苯，使脱水完全。如果测得理论板数低于各品种项下规定的最小理论板数。将氯化液采出槽中的氯化液，用泵经过滤器从脱轻塔的中部或下部进料，负压精馏脱轻，从塔顶采出氯化液中的水份、盐酸、氯化苯尾气中苯及苯类有机物，还有少部分二氯，此轻组份分层后油层作为回流液，水层溢流入水层槽，用泵输送至馏出液受槽，与馏出液合并一同处理，脱轻塔釜组成达技控点后用泵经过滤器进入精馏塔的中部或下部，负压精馏，塔顶采出合格产品去二氯受槽，经包装泵包装。

表：5.5乙苯蒸出塔进出口的组成（忽略焦油）xFixDixwiаij苯0.0080.02707.29甲苯0.0280.10302.97乙苯0.2370.8520.021.35苯乙烯0.7270.0180.981将已知数据代入式（5.13）可得：Nmin=25.9② Rmin的计算（5.14）有试差法解得 =1.242（5.15） 带入已知数据得Rmin=9.8，注Rmin的计算值与查到的文献值有出入，实际中操作后回流比约8。原因可能是表5.5中最后一列аij的不准确造成的。由经验关联图吉利兰图可得： 代入有关已知数据可得：N=58.8块，总板效率ET取为0.6，则： 板间距HT取为0.45m，所以，乙苯蒸出塔的高度约为44m。5.2.2 苯和甲苯回收塔的设计 ⑴ 塔径估算① σ混合物的计算 苯和甲回收塔的进料组成(mol分数)为：乙苯0.865；甲苯0.106；苯0.029。塔顶和塔釜的平均温度为117.5℃，在117.5℃时，乙苯的表面张力为19mN/m；甲苯的表面张力为17.8mN/m；苯的表面张力为16.6mN/m。 计算可得σ混合物=18.8mN/m② ρV、VS、ρL 、LS的计算因为为泡点进料，所以q=1(q表示进料的热状态情况)。

将各已知值代入（５）、（６）式，可得：。分析：由题意可得到c和d的关系，，只需结合答案考查方程的解的问题即可．a和b中方程无解，c中由c和d的范围可推出c和d点重合，由排除法选择答案即可．解答：解：由已知可得（c，0）=λ（1，0），（d，0）=μ（1，0），所以λ=c，μ=d，代入得（1）若c是线段ab的中点，则c=，代入（1）d不存在，故c不可能是线段ab的中，a错误。如果测得理论板数低于各品种项下规定的最小理论板数。