2020/8/4,1,2013.7.21,流程圖的循環(huán)結(jié)構(gòu),2020/8/4,2,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,3,反應(yīng)系統(tǒng)的總數(shù),循環(huán)物流的總數(shù),如果各反應(yīng)在不同的溫度和壓力下進行，和/或需要不同的催化劑是，則每一種操作條件需要一個單獨的反應(yīng)器系統(tǒng)。,具有相鄰沸點的組分循環(huán)到統(tǒng)一反應(yīng)器時，他們應(yīng)該在同一物流中循環(huán)。,循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策,eg.,eg.,2020/8/4,4,HDA過程,相同的溫度及壓力下發(fā)生，且都不用催化劑，只需要一臺反應(yīng)器,新戊二醇生產(chǎn)工藝,反應(yīng)條件和使用的催化劑均不同，需要兩個反應(yīng)器系統(tǒng),2020/8/4,5,HDA過程,2020/8/4,6,反應(yīng)物的摩爾比,某一反應(yīng)物過量，改善產(chǎn)物的選擇性。如： 某一反應(yīng)物過量，促使另一組份接近完全轉(zhuǎn)化，減小分離難度。如： 某一反應(yīng)物過量，改變平衡轉(zhuǎn)化率。如：,循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策,2020/8/4,7,反應(yīng)物的摩爾比,循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策,回收與循環(huán)費用,有益因素,2020/8/4,8,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,9,2020/8/4,10,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,11,反應(yīng)器熱效應(yīng),絕熱溫升,溫度限制,熱負荷,Q=HFEA,Q=FCp（TR，入-TR，出）,反應(yīng)特征，對于反應(yīng)溫度是否有限制,2020/8/4,12,熱效應(yīng)的啟示,2020/8/4,13,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,14,如何改變平衡轉(zhuǎn)化率,2020/8/4,15,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,16,2020/8/4,17,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,18,應(yīng)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)特點和不同反應(yīng)器的性能進行比較來決定。 簡單反應(yīng)：比較生產(chǎn)能力 復(fù)合反應(yīng)：比較反應(yīng)選擇性,針對某特定反應(yīng)，采用什么型式的反應(yīng)器和操作方法？,2020/8/4,19,簡單反應(yīng)（無副反應(yīng)：無產(chǎn)品分布問題） 定義：單位時間、單位體積反應(yīng)器所能得到的產(chǎn)無量（越多越好），或給定生產(chǎn)任務(wù)所需反應(yīng)器體積（越小越好）,生產(chǎn)能力的比較,【1】間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的比較 相同點：具有相同的返混特征不存在返混 對于確定的反應(yīng)過程，反應(yīng)結(jié)果由動力學(xué)唯一確定 不同點：雖然達到要求的VR相同，但間歇釜存在輔助時間和裝料系數(shù)，所以總反應(yīng)器體積VT較大,2020/8/4,20,生產(chǎn)能力的比較,【2】全混流反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的比較 容積效率：對同一等溫等容反應(yīng)過程，在相同產(chǎn)量、相同轉(zhuǎn)化率、相同初始濃度和溫度下，平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器所需有效體積之比。 影響因素：反應(yīng)級數(shù)和轉(zhuǎn)化率 動力學(xué)方程式：,2020/8/4,21,生產(chǎn)能力的比較,基礎(chǔ)方程式（恒容過程）：,可知：反應(yīng)級數(shù)越高，容積效率越低；轉(zhuǎn)化率越高，容積效率越低。 結(jié)論： 高級數(shù)高轉(zhuǎn)化率反應(yīng)：選平推流。若只有反應(yīng)釜，可用間歇付（存在輔助時間）或多釜串聯(lián)。 零級反應(yīng)與濃度無關(guān)。流動形式不想影響反應(yīng)體積，選任何反應(yīng)器均可。 對于n0的不可逆反應(yīng)，選具有返混的全混流反應(yīng)器。,2020/8/4,22,復(fù)合反應(yīng)（平行反應(yīng)、連串反應(yīng)） 定義：反應(yīng)器型式與操作方式的優(yōu)化選擇以產(chǎn)物收率為目標,反應(yīng)選擇性的比較,【1】平行反應(yīng)1,2020/8/4,23,討論：,結(jié)論：平行反應(yīng)，提高CA，有利于級數(shù)高的反應(yīng)，平推流最優(yōu)，多釜串聯(lián)次之，全混流最差。降低CA，有利于級數(shù)低的反應(yīng)。,2020/8/4,24,【1】平行反應(yīng)2,2020/8/4,25,2020/8/4,26,【2】連串反應(yīng),2020/8/4,27,【2】自催化反應(yīng),2020/8/4,28,1,2,3,4,5,確定循環(huán)結(jié)構(gòu)的決策 循環(huán)的物料衡算 反應(yīng)器的熱效應(yīng) 平衡的限制 壓縮機的設(shè)計和費用 反應(yīng)器的設(shè)計 小結(jié),6,7,2020/8/4,29,初期設(shè)計，某些決策的設(shè)計準則,如果各反應(yīng)在不同的溫度和壓力下進行，和/或需要不同的催化劑是，則每一種操作條件需要一個單獨的反應(yīng)器系統(tǒng)。 具有相鄰沸點的組分循環(huán)到統(tǒng)一反應(yīng)器時，他們應(yīng)該在同一物流中循環(huán)。 如果需要某種過量的反應(yīng)物，則有一最佳的進料比。 若改變反應(yīng)器的溫度、壓力、摩爾比來轉(zhuǎn)移平衡轉(zhuǎn)化率，要進行經(jīng)濟性評價，確定最佳值。 對于放熱反應(yīng)，如果絕熱溫升低于進口溫度的10%-15%，可考慮采用絕熱反應(yīng)器。 最貴的反應(yīng)物（或最重的反應(yīng)物）通常都是有限的反應(yīng)物。 如果一個可逆副產(chǎn)物的平衡常數(shù)小，則循環(huán)該可逆副產(chǎn)物。,2020/8/4,30,工業(yè)反應(yīng)器實例,工業(yè)上采用的反應(yīng)器型式有兩種：一種是多管等溫型反應(yīng)器，是以煙道氣為熱載體，反應(yīng)器放在加熱爐內(nèi)，由高溫?zé)煹罋?，將反?yīng)所需要的熱量通過管壁傳遞給催化劑床層。 另一種是絕熱型反應(yīng)器，所需要的熱源是由過熱水蒸氣直接帶入反應(yīng)系統(tǒng)。 主要差別： 脫氫部分的水蒸氣用量不同； 熱量的供給和回收利用方式不同。,2020/8/4,31,多管等溫反應(yīng)器,反應(yīng)條件及流程： 原料乙苯蒸氣和一定量的水蒸氣混合； 預(yù)熱溫度(反應(yīng)進口)：540；反應(yīng)溫度(反應(yīng)出口)：580620； 反應(yīng)產(chǎn)物冷卻冷凝，液體分去水后送到粗苯乙烯貯槽； 不凝氣體含有90%左右的H2，其余為CO2和少量C1及C2，可作為燃料氣，也可以用作氫源。 水蒸氣與乙苯的用量比（摩爾比）為69:1。(等溫反應(yīng)器脫氫，水蒸氣僅作為稀釋劑用)。,2020/8/4,32,討論： 要使反應(yīng)器達到等溫，沿反應(yīng)器的反應(yīng)管傳熱速率的改變，必須與反應(yīng)所需要吸收熱量的遞減速率的改變同步。 一般情況下，出口溫度可能比進口溫度高出幾十度(傳遞給催化劑床層的熱量，大于反應(yīng)時需要吸收的熱量。 在反應(yīng)初期, 溫度比較低有利:有利于抑制活化能比較高的裂解和水蒸氣轉(zhuǎn)化等副反應(yīng)的進行。 接近反應(yīng)器的出口，溫度比較高有利:提高反應(yīng)溫度，不僅可以增大反應(yīng)速度常數(shù)，也可以提高反應(yīng)的推動力，從而加快脫氫反應(yīng)速度，使乙苯能達到比較高的轉(zhuǎn)化率。但是溫度過高，結(jié)焦速度加快，使催化劑的活性迅速下降，所以反應(yīng)器出口溫度不宜過高。因此多管等溫反應(yīng)器正能滿足這個要求，出口溫度只比進口溫度高幾十度。 通常采用的等溫反應(yīng)器脫氫，乙苯轉(zhuǎn)化率可達到4045%，苯乙烯的選擇性可達到9295%。,2020/8/4,33,優(yōu)點：水蒸氣的消耗量約為絕熱式反應(yīng)器的50%，乙苯轉(zhuǎn)化率高，苯乙烯的選擇性高。 缺點：等溫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要大量的特殊合金鋼材，反應(yīng)器制造費用高，因此，大規(guī)模的生產(chǎn)裝置，都采用絕熱型反應(yīng)器。,2020/8/4,34,反應(yīng)條件及流程： 循環(huán)乙苯和新鮮的乙苯與部分水蒸氣混合（這部分水蒸氣約占總加入水蒸氣量的10%左右）； 與高溫脫氫產(chǎn)物進行熱交換，溫度升到520550，再與過熱水蒸氣混合（這部分水蒸氣的量占總加入水蒸氣量的90%左右） 脫氫反應(yīng)，脫氫產(chǎn)物離開反應(yīng)器時的溫度為585左右，經(jīng)熱交換，再進一步冷凝冷卻，凝液分出水后，進入粗苯乙烯貯槽，尾氣含氫氣90%左右，可以作為燃料用，也可以用來制氫氣。,絕熱反應(yīng)器,2020/8/4,35,討論： 由于脫氫反應(yīng)需要吸收大量的熱量，所以反應(yīng)器的進口溫度必然比出口溫度高。 單段絕熱反應(yīng)器的進出口溫度差可以達到65 。 這樣的溫度分布對于脫氫反應(yīng)速度和反應(yīng)選擇性都會產(chǎn)生不利的影響。由于脫氫反應(yīng)器進口處乙苯濃度最高，溫度高就有比較多的平行副反應(yīng)發(fā)生，從而使選擇性下降。脫氫反應(yīng)器出口溫度低，對平衡不利，使反應(yīng)速度減慢，限制了轉(zhuǎn)化率的提高，所以單段絕熱反應(yīng)器脫氫，不僅轉(zhuǎn)化率比較低（3540%），選擇性也比較低（約90%）。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備造價低, 工藝流程簡單，生產(chǎn)能力大； 缺點：反應(yīng)器進出口溫差大，轉(zhuǎn)化率比較低（3540%），選擇性也比較低（約90%），過熱水蒸氣用量大。,2020/8/4,36,多段式絕熱反應(yīng)器，過熱水蒸氣分段進入反應(yīng)器,反應(yīng)器的改進,2020/8/4,37,采用二段絕熱反應(yīng)器 第一段使用高選擇性催化劑，以減少副反應(yīng)，提高選擇性。 第二段使用高活性催化劑，以克服溫度下降帶來反應(yīng)速度下降的不利影響。 結(jié)果乙苯轉(zhuǎn)化率可以提高到64.2%，選擇性達到91.9%，水蒸氣消耗量由單段的6.6 t/t苯乙烯，降低到4.5 t/t苯乙烯，生產(chǎn)成本降低16%。,2020/8/4,38,采用多段徑向絕熱反應(yīng)器 使用小顆粒催化劑不僅可以提高選擇性，也可以提高反應(yīng)速度。但是使用小顆粒催化劑，反應(yīng)器床層阻力增加，操作壓力要相應(yīng)提高。操作壓力的提高，又會使轉(zhuǎn)化率下降，為了解決這個矛盾，開發(fā)了徑向絕熱反應(yīng)器脫氫技術(shù)。 反應(yīng)器制造費用比等溫反應(yīng)器便宜，水蒸氣的用量比一段絕熱反應(yīng)器的用量要少，溫差也小，乙苯轉(zhuǎn)化率可達到60%以上，選擇性也比較高。,2020/8/4,39,謝謝 請大家多提寶貴意見,