化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)乙苯脫氫氧化法合成苯乙烯固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

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1、提供全套，各專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 乙苯脫氫氧化法合成苯乙烯固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： *** 學(xué) 號(hào)： ******* 學(xué) 院： 化學(xué)與制藥工程學(xué)院 專 業(yè)： 班 級(jí) 11*班 指導(dǎo)教師： 張向京（教授） 劉潤(rùn)靜（教授） 2014年6月 設(shè)計(jì)任務(wù)書 固定床反應(yīng)器，又稱填充床反應(yīng)器，是裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反

2、應(yīng)過程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，床層靜止不動(dòng)，流體通過床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器由于其具有返混小、催化劑機(jī)械損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于連續(xù)氣固相催化反應(yīng)過程中。 一、設(shè)計(jì)題目 任選一工業(yè)可實(shí)施的氣固相催化反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 二、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件 1、原料：所選用原料和組成規(guī)格根據(jù)所選擇的工藝方案，參考目前原料現(xiàn)狀自行擬訂。 2、轉(zhuǎn)化率或收率：原料的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品收率根據(jù)實(shí)際工藝情況自行擬訂。 3、生產(chǎn)規(guī)模：生產(chǎn)規(guī)模可參考目前主流工藝的生產(chǎn)能力自行確定。 三、 工作內(nèi)容及要求 1、設(shè)

3、計(jì)背景簡(jiǎn)介 產(chǎn)品的性質(zhì)、用途、生產(chǎn)及銷售情況、國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)工藝及優(yōu)缺點(diǎn)（重點(diǎn)從反應(yīng)器角度論述）等等。 2、反應(yīng)原理 催化劑、反應(yīng)方程式、動(dòng)力學(xué)方程等。 3、設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工作參數(shù)、反應(yīng)器進(jìn)出物料組成、基本物性數(shù)據(jù)等。 4、反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型選取及計(jì)算。 5、初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6、設(shè)計(jì)說明書編制 對(duì)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容匯總，按正規(guī)格式編寫《設(shè)計(jì)說明書》。 注：設(shè)計(jì)說明書均要求用MS-Word編輯，保存為DOC格式；計(jì)算過程源程序保存成各自軟件的主流格式，設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)說明書及源程序壓縮后發(fā)至郵箱hxfygckcsj@，并提交設(shè)計(jì)說明書打印版。

4、 目 錄 第 I 頁 共 I 頁 目 錄 1 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介 1 1.1 苯乙烯的性質(zhì)和用途 2 1.1.1 物理性質(zhì) 2 1.1.2 化學(xué)性質(zhì) 2 1.1.3 用途 2 1.2 生產(chǎn)和銷售情況 2 2 反應(yīng)原理 4 2.1 催化劑 4 2.2 反應(yīng)方程式 5 2.3 動(dòng)力學(xué)方程 5 3 設(shè)計(jì)條件 6 3.1 反應(yīng)溫度 6 3.2 原料配比 6 3.3 反應(yīng)壓力 6 3.4 水蒸氣用量 6 4 反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 7 4.1 物料衡算 7 4.2 熱量衡算 7 4.3 反應(yīng)速率方程式 7 4.4 物料計(jì)算

5、過程 7 4.5 熱量計(jì)算 8 5 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 5.1 反應(yīng)器管數(shù) 9 5.2 床層換熱面積 9 5.3 床層壓降 9 6 問題討論 10 6.1 溫度對(duì)反應(yīng)有什么影響嗎？ 10 6.2 為什么選擇絕熱式固定床反應(yīng)器？ 10 參考文獻(xiàn) 11 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第3頁 共 14頁 1 設(shè)計(jì)背景簡(jiǎn)介 苯乙烯是石油化工過程中一種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品,同時(shí)它也是一種重要的有機(jī)化工原料。苯乙稀用途廣泛,可以用于生產(chǎn)塑料、離子交換樹脂和合成橡膠,此外,它還在醫(yī)藥、涂料、農(nóng)藥和選礦方面有十分廣泛的用途。德國(guó)巴斯夫公司和美國(guó)陶氏化學(xué)公司于世紀(jì)年代

6、首先實(shí)現(xiàn)了苯乙稀的工業(yè)化生產(chǎn),由于苯乙烯下游產(chǎn)品市場(chǎng)需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng),世界苯乙稀生產(chǎn)速度發(fā)展飛快,到2009年為止世界苯乙烯的產(chǎn)量約為3535萬噸年,預(yù)計(jì)到年世界的苯乙稀產(chǎn)量能達(dá)到3959萬噸年。但是,年全世界苯乙稀的消費(fèi)量為2836萬噸,預(yù)計(jì)到年的消費(fèi)量能達(dá)到3476萬噸。因此,從總體來說,世界苯乙稀的生產(chǎn)能力已經(jīng)供大于求,但是國(guó)內(nèi)的情況剛好相反,隨著世界跨國(guó)石油公司投資戰(zhàn)略的東移以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的強(qiáng)力推動(dòng),使我國(guó)的苯乙稀發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期,極大的推動(dòng)了國(guó)內(nèi)苯乙烯行業(yè)的健康發(fā)展,使我國(guó)成為世界上苯乙烯需求增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家之一。從我國(guó)苯乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀來看,國(guó)內(nèi)需求的巨大缺口和持續(xù)強(qiáng)勁的

7、增長(zhǎng)勢(shì)頭,是我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)不斷增長(zhǎng)的原動(dòng)力;同時(shí)受國(guó)內(nèi)苯乙稀新建裝置開工較晚、 工率較低以及對(duì)國(guó)內(nèi)沒有形成有效的供應(yīng)的影響,使得我國(guó)的苯乙烯市場(chǎng)仍呈產(chǎn)不足需的現(xiàn)狀。最近幾年,雖然國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能有增速的勢(shì)頭,但是自給率仍不足,市場(chǎng)缺口約為320萬噸年[1]。由此可見,國(guó)內(nèi)的苯乙烯市場(chǎng)有較大增長(zhǎng)空間。 從各個(gè)苯乙烯生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力來看,國(guó)外各大苯乙稀生產(chǎn)裝置總體規(guī)模較大,年產(chǎn)量在萬噸以上的裝置很多,而國(guó)內(nèi)大部分裝置的生產(chǎn)能力相對(duì)較低。在包括苯乙烯化工生產(chǎn)在內(nèi)的石油化學(xué)工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下,對(duì)于已建的工業(yè)裝置而言,過程優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)是解決石化行業(yè)“高能耗、高消耗、高污染”等問題的重要手段。目前國(guó)外

8、對(duì)石化行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)的水平高,因此其裝置的節(jié)能降耗能力強(qiáng)。在這些大型裝置中,以先進(jìn)控制、流程模擬、優(yōu)化計(jì)算等技術(shù)為手段的應(yīng)用極大提升了裝置的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。 目前,在國(guó)內(nèi)流程工業(yè)過程中,特別是石油化工生產(chǎn)過程中,過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注。在連續(xù)過程工業(yè)中,往往上游裝置的部分產(chǎn)品是下游裝置的原料,整個(gè)生產(chǎn)過程存在著裝置間的物流分配和能量平衡等一系列的問題。苯乙稀生產(chǎn)過程正是這樣一種典型的流程工業(yè)。苯乙烯作為石油化工中的重要原料,用以生產(chǎn)聚苯乙烯、丙稀腈一丁二稀一苯乙稀三元共聚物、苯乙稀一丙稀腈共聚物樹脂、不飽和聚酷以及苯乙稀系熱塑性彈性體等,也是化工生產(chǎn)過程的能耗和物耗大戶。其生產(chǎn)過程包

9、括了苯在催化劑作用下與乙稀進(jìn)行焼基化反應(yīng)生成乙苯和副產(chǎn)物,焼基反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精館系統(tǒng)得到分離與提純;乙苯在被水蒸汽稀釋的氛圍中進(jìn)行催化脫氧反應(yīng)生產(chǎn)苯乙稀和副產(chǎn)物,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精傾系統(tǒng)得到分離與提純。在乙苯苯乙稀生產(chǎn)過程中,裝置的核心部分是乙苯脫氧系統(tǒng),其運(yùn)行狀況的好壞決定了苯乙烯的產(chǎn)量和裝置的綜合能耗,也是苯乙烯裝置發(fā)揮其最佳產(chǎn)量的瓶頸。如果乙苯脫氫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,并且乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性好,苯乙烯的物耗和能耗就相對(duì)就低,單位成本低,企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。如果國(guó)內(nèi)的苯乙稀裝置都能通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用來提高各裝置的苯乙稀產(chǎn)量,借助優(yōu)化可使得整個(gè)生產(chǎn)過程獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,將對(duì)國(guó)內(nèi)的苯乙烯行業(yè)產(chǎn)量

10、及節(jié)能起到很大推動(dòng)作用。此外苯乙烯生產(chǎn)過程的優(yōu)化研究可對(duì)中石化相關(guān)生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗提供經(jīng)驗(yàn)。 1.1 苯乙烯的性質(zhì)和用途 1.1.1 物理性質(zhì) 分子量為104，沸點(diǎn)：145.2℃，冰點(diǎn)：-30.628℃，閃點(diǎn):(閉杯)30℃，苯乙烯是無色液體，沸點(diǎn)145℃，難溶于水，能溶于甲醇、乙醇及乙醚等溶劑中。 1.1.2 化學(xué)性質(zhì) 其分子式為：，強(qiáng)還原性，在陽光下與空氣接觸即可發(fā)生劇烈反應(yīng)，所以應(yīng)該避光貯存。 1.1.3 用途 （1）苯乙烯與丁二烯、丙烯共聚，形成共聚物可用于生產(chǎn)ABS工程塑料：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯； （2）與丁二烯共聚可以生成乳膠（SEL）和合成橡膠（SBR）；

11、 （3）與丙烯腈共聚，合成AS樹脂。 此外，丙烯腈還可用于生產(chǎn)其他樹脂，并廣泛應(yīng)用于制藥、涂料、紡織等行業(yè)。[2] 1.2 生產(chǎn)和銷售情況 到2009年為止世界苯乙烯的產(chǎn)量約為3535萬噸年,預(yù)計(jì)到年世界的苯乙稀產(chǎn)量能達(dá)到3959萬噸年。但是,年全世界苯乙稀的消費(fèi)量為2836萬噸,預(yù)計(jì)到年的消費(fèi)量能達(dá)到3476萬噸。因此,從總體來說,世界苯乙稀的生產(chǎn)能力已經(jīng)供大于求,但是國(guó)內(nèi)的情況剛好相反,隨著世界跨國(guó)石油公司投資戰(zhàn)略的東移以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的強(qiáng)力推動(dòng),使我國(guó)的苯乙稀發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期,極大的推動(dòng)了國(guó)內(nèi)苯乙烯行業(yè)的健康發(fā)展,使我國(guó)成為世界上苯乙烯需求增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家之一。從我國(guó)苯

12、乙烯的發(fā)展現(xiàn)狀來看,國(guó)內(nèi)需求的巨大缺口和持續(xù)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭,是我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)不斷增長(zhǎng)的原動(dòng)力;同時(shí)受國(guó)內(nèi)苯乙稀新建裝置開工較晚、 工率較低以及對(duì)國(guó)內(nèi)沒有形成有效的供應(yīng)的影響,使得我國(guó)的苯乙烯市場(chǎng)仍呈產(chǎn)不足需的現(xiàn)狀。最近幾年,雖然國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能有增速的勢(shì)頭,但是自給率仍不足,市場(chǎng)缺口約為320萬噸年。由此可見,國(guó)內(nèi)的苯乙烯市場(chǎng)有較大增長(zhǎng)空間。 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第11頁 共 14 頁 2 反應(yīng)原理 乙苯側(cè)鏈上的乙基易于脫氫生成苯乙烯。乙苯脫氫反應(yīng)是一個(gè)可逆吸熱增分子反應(yīng), 高溫和低壓有利于反應(yīng)向生成苯乙烯方向進(jìn)行。乙苯脫氫生成苯乙烯的同時(shí), 也發(fā)生一系列副反應(yīng),

13、 副產(chǎn)苯、甲苯以及少量的甲烷、氫氣、烯烴和焦油等。在工業(yè)生產(chǎn)中, 采用鐵系催化劑和大量高溫稀釋蒸汽來加速反應(yīng)進(jìn)行和提高苯乙烯收率, 高溫蒸汽按一定配比加入乙苯進(jìn)料, 以作熱源和降低反應(yīng)物分壓; 同時(shí), 水蒸氣與催化劑表面積炭發(fā)生水煤氣反應(yīng), 使催化劑自動(dòng)再生。脫氫反應(yīng)的氣相產(chǎn)物經(jīng)冷凝、分離出水, 得到含有苯乙烯和未反應(yīng)乙苯及副產(chǎn)苯、甲苯的混合物。經(jīng)精餾分離后, 制得高純度苯乙烯單體。[3] 2.1 催化劑 乙苯脫氫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在常溫常壓下其反應(yīng)速度是小的，只有在高溫下才具有一定的反應(yīng)速度，且裂解反應(yīng)比脫氫反應(yīng)更為有利，于是得到的產(chǎn)物主要是裂解產(chǎn)物。在高溫下，若要使脫氫反應(yīng)占主要優(yōu)勢(shì)，就

14、必須選擇性能良好的催化劑。 乙苯脫氫制苯乙烯曾使用過氧化鐵系和氧化鋅系催化刑，但后者已在60年代被淘汰。氧化鐵系催化劑以氧化鐵為主要活性組分，氧化鉀為主要助催化劑，此外，這類催化劑還含有Cr、Ce、Mo、V、Zn、Ca、Mg、Cu、W等組分，視催化劑的牌號(hào)不同而異。目前，總部設(shè)在德國(guó)慕尼黑的由德國(guó)SC、日本NGC和美國(guó)UCI組成的跨國(guó)集團(tuán)SC Group，在乙苯脫氫催化劑市場(chǎng)上占有最大的份額(55%-58%)，是Girdler牌號(hào)(有G-64和G-84兩大系列)及Styromax牌號(hào)催化劑的供應(yīng)者。 我國(guó)乙苯脫氫催化劑的開發(fā)始于60年代，已開發(fā)成功的催化劑有蘭州化學(xué)工業(yè)公司315型催化劑；

15、1976年，廈門大學(xué)與上海高橋石油化工公司化工廠合作開發(fā)了XH-11催化劑，隨后又開發(fā)了不含鉻的XH-210和XH-02催化劑。80年代中期以后，催化劑開發(fā)工作變得較為活躍，出現(xiàn)了一系列性能優(yōu)良的催化劑，例如：上海石油化工研究院的GS-01和GS-05、廈門大學(xué)的XH-03，XH-04、蘭州化學(xué)工業(yè)公司的335型和345型及中國(guó)科學(xué)院大連化物所的DC型催化劑等。 從國(guó)內(nèi)外專利數(shù)據(jù)庫看，近年來相關(guān)研究機(jī)構(gòu)有許多乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的專利公開，如中國(guó)石油天然氣股份有限公司2004年1月公開的中國(guó)專利CN1470325，報(bào)道了一種乙苯脫氫制苯乙烯催化劑，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)其活性組成為：45～75份鐵氧

16、化物，7～15份鉀氧化物，2～8份鈰氧化物，1～8份鉬氧化物，2～10份鎂氧化物，0.02～2份釩氧化物，0.01～2份鈷氧化物，0.05～3份錳氧化物，0.002～1份鈦氧化物。[4] 2.2 反應(yīng)方程式 乙苯在催化劑作用下，達(dá)到550～600℃時(shí)脫氫生成苯乙烯： E S H 現(xiàn)在的苯乙烯生產(chǎn)是由乙苯脫氫得苯乙烯，也經(jīng)蒸餾，回收乙苯，及得到純苯乙烯。 2.3 動(dòng)力學(xué)方程 查資料，其宏觀反應(yīng)速率方程式為： rE=kT(pE-pS*pH)/K kT=12590exp(-11000/T

17、)[5] 3 設(shè)計(jì)條件 苯乙烯的生產(chǎn)受反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、空間速度與空管線速度、原料配比和循環(huán)比、抑制劑等工藝條件的制約。 3.1 反應(yīng)溫度 乙苯脫氫是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，升溫對(duì)脫氫反應(yīng)有利。但是，由于烴類物質(zhì)在高溫下不穩(wěn)定，容易發(fā)生許多副反應(yīng)，甚至分解成碳和氫，所以脫氫適宜在較低溫度下進(jìn)行。然而，低溫時(shí)不僅反應(yīng)速度很慢，而且平衡產(chǎn)率也很低。所以脫氫反應(yīng)溫度的確定不僅要考慮獲取最大的產(chǎn)率，還要考慮提高反應(yīng)速度與減少副反應(yīng)。在高溫下，要使乙苯脫氫反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，除應(yīng)選擇具有良好選擇性的催化劑，同時(shí)還必須注意反應(yīng)溫度下催化劑的活性。例如，采用以氧化鐵為主的催化劑，其適宜的反應(yīng)溫度為800℃～120

18、0℃。[5] 3.2 原料配比 乙苯轉(zhuǎn)化率、苯乙烯選擇性和收率均隨進(jìn)料比的增大而減小, 由經(jīng)驗(yàn)得, 最佳的進(jìn)料比在(8 ～ 15)∶1 之間, 因?yàn)檫M(jìn)料比過小, 乙苯分壓較大, 其轉(zhuǎn)化率和苯乙烯選擇性都會(huì)下降;但進(jìn)料比過大, 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率也不會(huì)有太大的提高, 反而會(huì)使能耗增加。[6] 3.3 反應(yīng)壓力 乙苯脫氫反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，降低壓力對(duì)反應(yīng)有利，其平衡轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)壓力的降低而升高。為了保證乙苯脫氫反應(yīng)在高溫減壓下安全操作，在工業(yè)生產(chǎn)中常采用加入水蒸氣稀釋劑的方法降低反應(yīng)產(chǎn)物的分壓，從而達(dá)到減壓操作的目的。因此，選定壓力范圍0.01MPa—0.1 MPa，即可獲得要求轉(zhuǎn)化率。[

19、7] 3.4 水蒸氣用量 水蒸氣作為稀釋劑，還能供給脫氫反應(yīng)所需部分熱量，也可使反應(yīng)產(chǎn)物尤其是氫氣的流速加快，迅速脫離催化劑表面，有利于反應(yīng)向生成物方向進(jìn)行。水蒸氣可抑制并消除催化劑表面上的積焦，保證催化劑的活性。乙苯轉(zhuǎn)化率隨水蒸氣用量加大而提高。當(dāng)水蒸氣用量增加到一定程度時(shí)，如乙苯與水蒸氣之比等于16時(shí)，再增加水蒸氣用量，乙苯轉(zhuǎn)化率提高不顯著。在工業(yè)生產(chǎn)中，乙苯與水蒸氣之比一般為l：1.2～2.6（質(zhì)）。[8] 4 反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 假設(shè)年生產(chǎn)量為9000噸/年，年生產(chǎn)日為300天，轉(zhuǎn)化率為0.5。假設(shè)進(jìn)料溫度T0=900K。催化劑床層堆積密度ρB=1450kg/m2，填料層高度1.2

20、5m。 4.1 物料衡算 F=D+W W=D W=9000/(330*24*0.45*106) FEO*dxE=(-rE) ρB*π/4*Di2*dl 根據(jù)計(jì)算可得，乙苯進(jìn)料量為12.2 kmol/h。 4.2 熱量衡算 按照絕熱衡算計(jì)算： Fi*M*cpm*dT= FEO*dxE（-△HE） 4.3 反應(yīng)速率方程式 rE=kT(pE-pS*pH)/K 4.4 物料計(jì)算過程 蒸汽過量，則可近似以水蒸氣比熱容代替反應(yīng)物料的比熱容，取cpm=2.177kJ/kg℃），將數(shù)據(jù)代入，得： （12.2*1.6+244*

21、18）*2.177dT=12.2dXE(-139840) -dT=138dXE 其中， pE=1.2*（1- XE）/（21+ XE） pS=pH =1.2* XE/（21+ XE） 所以， (-rA)=[121590*exp(-11000/T)]*1.2/（21+ XE）*[（1- XE）-(1.2/K)( XE2/（21+ XE）]（1） 由上可得， dl=（21+ XE）/4200000*e11000/T*[（1- XE）-(1.2/K)( XE2/（21+ XE）]-1dxE （2） 假設(shè)，(21+n△xE)/4

22、2000000 e11000/T*[1- n△xE-(1.2/k) (n△xE)2/(21+n△xE)]-1=Bn 由式（1）的差分形式得： Tn- Tn-1=-138△XE 由式（2）的差分形式得： ln-ln-1=(Bn+Bn-1)/2* △XE 取△XE=0.1，逐步計(jì)算各計(jì)算區(qū)間。所得結(jié)果附于下表： 計(jì)算結(jié)果匯總表 轉(zhuǎn)化率 溫度T/K 催化劑床層高度l/m 絕熱 絕熱 0 900 0.13 0.1 886 0.32 0.2 873 0.60 0.3 859 1.02 0.4 845 1.72 0.5 831 2.72 0.

23、6 817 4.38 因此，需該種反應(yīng)器4.38/1.25=4個(gè)。 4.5 熱量計(jì)算 查資料，取乙苯的進(jìn)料帶入熱量Q1=216*831=196116kJ/kg 反應(yīng)后帶出熱量Q2=118*422+118*1025=170746 kJ/kg 反應(yīng)放熱Q=1000*118*105.5=1139000 kJ/kg 所以，換熱量Qc=196116+1139000-170746=1164370 kJ/kg 5 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 假設(shè)換熱器冷卻水進(jìn)口溫度20℃，出口溫度40℃。 換熱管數(shù)據(jù)為φ=27mm管長(zhǎng)2.5mm，管長(zhǎng)6m，催化劑填充高度5.7m。 查資料得： 物料有效導(dǎo)

24、熱率 λ=0.12kJ/（mh℃） 粘度 μ=0.0003 kg/（ms） 密度 ρ=801kg/ m3[9] 5.1 反應(yīng)器管數(shù) n=245/(22.4*π/4*0.022*0.022*5.7)=4665根 5.2 床層換熱面積 因轉(zhuǎn)化率一般，可取平均傳熱溫差 △tm=（900-20+900-40）/2=870℃ 流體質(zhì)量流率 G=9000000/(300*24*0.022*0.022*π/4*1459)=2255 kg/( m2h) 查資料得總傳熱系數(shù)Kq=1000kJ/（( m2h℃) 因此，理論計(jì)算傳熱面積為 A=1164370/1000/870=1.34

25、 m2 實(shí)際傳熱面積A實(shí)=πdlN=3.14*0.022*5.7*4665=1836 m2 5.3 床層壓降 取床層空隙率ε=0.48 則Re=ds*G/（μ*（1-ε））=318000 所以屬于湍流流動(dòng)。 △p=1.75G2/（ρ*d）[（1-ε）/ε3]L=4590000Pa 6 問題討論 6.1 溫度對(duì)反應(yīng)有什么影響嗎？ 答：由反應(yīng)原理可知，苯烷基化是放熱反應(yīng)。 從熱力學(xué)方面分析，在較低溫度下有較好的平衡收率，隨著溫度的升高，乙苯的收率反而下降。同時(shí)，在非均相烷基化過程中，溫度過高，不利于乙烯的吸收，催化配合物容易樹脂化而遭破壞。超過393K，絡(luò)合物明顯樹脂化

26、。 從動(dòng)力學(xué)方面分析，反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度低，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行不利。適宜的溫度隨所用催化劑不同而不同。[10] 6.2 為什么選擇絕熱式固定床反應(yīng)器？ 答：絕熱式固定床反應(yīng)器有單段與多段之分。絕熱式反應(yīng)器由于與外界無熱交換以及不計(jì)熱損失，對(duì)于放熱反應(yīng)，依靠本身放出的反應(yīng)熱而使反應(yīng)氣體溫度逐步升高；催化反應(yīng)器入口氣體溫度要高于催化劑的起始活性溫度，而出口氣體溫度要低于催化劑的耐熱溫度。由于乙苯還原反應(yīng)是等摩爾的放熱反應(yīng)，絕熱溫升較小，溫度對(duì)產(chǎn)物影響不是特別大，因此本反應(yīng)選擇單段絕熱固定床催化反應(yīng)器。[11] 參考文獻(xiàn) 1 徐志剛, 錢志毅.,俞豐. 化學(xué)世界, 2004, 1

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