畢業(yè)設(shè)計---乙苯裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　乙苯裝置控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，制乙苯的技術(shù)也在不斷進(jìn)步。乙苯是石油加工重要的化工原料。乙苯裝置也是石油加工重要的一道工序。乙苯裝置的工藝流程主要特點(diǎn)是通過控制烷基化反應(yīng)條件，使催化劑反應(yīng)系統(tǒng)由兩相變?yōu)閱蜗?，從而提高了乙苯收率，減少了三氯化鋁催化劑用量,簡化了

2、流程,節(jié)省了生產(chǎn)費(fèi)用；加強(qiáng)回收尾氣中的部分氯化氫，既減少了污染，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。本文研究乙苯工藝流程，進(jìn)行制乙苯過程的詳細(xì)設(shè)計。</p><p>　　本篇文章詳細(xì)介紹了乙苯裝置的原理及發(fā)展現(xiàn)狀，對精制過程中所有工藝過程進(jìn)行了研究。圍繞乙苯工藝流程及控制進(jìn)行研究，對乙苯工藝流程及各主要設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的說明，設(shè)計了一套完整的乙苯裝置控制系統(tǒng)，在設(shè)計中對每個部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計和優(yōu)化，運(yùn)用了單回路控制、串級控制、前饋控

3、制、變比值控制和雙閉環(huán)控制等控制方案，并根據(jù)控制需要、環(huán)境要求、工藝特點(diǎn)、儀器優(yōu)缺點(diǎn)等確定了各種儀表及調(diào)節(jié)閥的型號。該流程簡單，生產(chǎn)能力大。由于條件緩和，所用材料和耐壓等級的要求也可以低些，操作中氫油比也很小，又不采用循環(huán)氣，所以能耗低，裝置操作費(fèi)用低，使得設(shè)計合理。</p><p>　　本文針對乙苯裝置控制過程進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，通過各種控制方案實現(xiàn)了最終控制目標(biāo)。苯循環(huán)使用，甲苯作為副產(chǎn)品；在乙苯塔塔頂蒸出乙苯

4、，送成品貯罐，塔底餾分進(jìn)入多乙苯塔；多乙苯塔塔頂蒸出二乙苯，送入烷基化反應(yīng)器。乙苯裝置控制系統(tǒng)，近年來主要根據(jù)苯烷基化法的主要方法生產(chǎn)乙苯。</p><p>　　關(guān)鍵詞：乙苯；烴化反應(yīng)；過程控制</p><p>　　Design of Ethylbenzene Unit Control System</p><p><b>　　Abstract</b

5、></p><p>　　Along with the continuous development of the petrochemical industry, manufacturing technology has been steadily progressing ethylbenzene. Ethylbenzene is an important oil-processing chemicals.

6、Ethylbenzene unit is also important to an oil processing process. Ethylbenzene process device by controlling the main characteristics of the alkylation conditions，the catalyst into the reaction system consists of two-pha

7、se single-phase, Thereby increasing the yield of ethylbenzene, reducing the amount of a</p><p>　　This article introduces the principle and ethylbenzene unit development status of the refining process for all

8、 process were studied. Design a complete set of ethylbenzene plant control system, In the design of each part of the detailed design and optimization, Using a single-loop control, cascade control, feed forward control, v

9、ariable ratio control and closed loop control, dual control scheme，And under control needs, environmental requirements, technical characteristics, advantages and disadvan</p><p>　　This control process for th

10、e ethylbenzene unit carried out a detailed design, through various control programs aim to achieve the ultimate control. In benzene, toluene tower separation of benzene and toluene. The benzene recycling use, toluene as

11、a by-product; in ethylbenzene tower distillation ethylbenzene, send the finished product storage tank, bottoms fraction into the ethylbenzene tower; multi ethylbenzene tower distillation two ethylbenzene alkylation react

12、or, into the. Ethylbenzene unit c</p><p>　　Keywords: ethylbenzene; alkylation; process control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>

13、　　AbstractII</p><p><b>　　1. 前 言1</b></p><p>　　1.1 乙苯工藝的發(fā)展概況1</p><p>　　1.2 乙苯工藝存在的問題1</p><p>　　1.3 乙苯工藝未來的發(fā)展趨勢2</p><p>　　2. 烷基化制乙苯的生產(chǎn)原理及設(shè)備

14、介紹4</p><p>　　2.1 乙苯的主要性質(zhì)及用途4</p><p>　　2.2 乙苯生產(chǎn)方法評述和選擇4</p><p>　　2.2.1 苯的烷基化生產(chǎn)乙苯4</p><p>　　2.2.2 乙苯的烷基化工業(yè)生產(chǎn)方法5</p><p>　　2.3 乙苯裝置生產(chǎn)原理7</p><p

15、>　　2.3.1 催化干氣預(yù)處理部分生產(chǎn)原理7</p><p>　　2.3.2 烴化及反烴化部分生產(chǎn)原理8</p><p>　　2.3.3 分離部分生產(chǎn)原理11</p><p>　　2.3.4 熱載體部分生產(chǎn)原理14</p><p>　　2.3.5 熱水和冷凍水部分生產(chǎn)原理14</p><p>　　2.

16、4 反應(yīng)條件的影響14</p><p>　　2.5 氣相烷基化生產(chǎn)乙苯的工藝流程16</p><p>　　2.6 氣相烷基化生產(chǎn)乙苯的設(shè)備介紹17</p><p>　　2.6.1 加熱爐17</p><p>　　2.6.2 反應(yīng)器18</p><p>　　2.6.3 換熱器20</p><

17、;p>　　2.6.4 塔25</p><p>　　2.6.5 泵26</p><p>　　3. 控制方案設(shè)計及論證29</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)的概述29</p><p>　　3.2 設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)遵循的原則29</p><p>　　3.3 控制方案圖30</p><p&g

18、t;　　3.4 控制系統(tǒng)方案的設(shè)計31</p><p>　　3.4.1 加熱爐的控制31</p><p>　　3.4.2 反應(yīng)器的控制41</p><p>　　3.4.3 換熱器的控制42</p><p>　　3.5苯回收塔的控制45</p><p>　　4. 主要儀表及選型46</p>&l

19、t;p>　　4.1 控制系統(tǒng)液位測量儀表46</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)壓力測量儀表48</p><p>　　4.3 控制系統(tǒng)溫度測量儀表50</p><p>　　4.4 控制系統(tǒng)流量測量儀表52</p><p>　　4.5 控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的選擇53</p><p>　　4.6 DCS的選擇

20、55</p><p><b>　　5. 總結(jié)58</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)59</b></p><p><b>　　謝 辭60</b></p><p><b>　　1. 前 言</b></p><p>

21、　　1.1 乙苯工藝的發(fā)展概況</p><p>　　隨著我國石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，制乙苯的技術(shù)也在不斷進(jìn)步。乙苯是石油加工重要的化工原料。乙苯裝置也是石油加工重要的一道工序。它擔(dān)負(fù)著制造乙苯的任務(wù)。乙苯是無色透明的液體，易燃。易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強(qiáng)弱及反應(yīng)條件的不同而異。乙苯是生產(chǎn)苯乙烯的原料，我國日前采用苯和乙烯的烷基化反應(yīng)生產(chǎn)乙苯：近年來，我國對乙苯／苯乙烯需求量增長迅速，供求矛盾突出。世界上 90

22、%以上的乙苯是由苯和乙烯烷基化生產(chǎn)制得，其余是由芳烴生產(chǎn)過程的C8芳烴分離得到.苯和乙烯烷基化是在酸性催化劑存在下進(jìn)行，其生產(chǎn)工藝多種多樣.若以所用催化劑分類，可分為三氯化鋁(AlCl3)法，BF3—Al2O3法和固體酸法等；若以反應(yīng)狀態(tài)分類，可分為液相法和氣相法兩種。液相三氯化鋁法又可分為傳統(tǒng)的兩相烷基化工藝和單相高溫烷基工藝。此次課題著重于烷基化生產(chǎn)乙苯的方法。目前，烷基化催化劑和烷基轉(zhuǎn)移催化劑已于2005年11月成功應(yīng)用于中國石化

23、茂名石化等公司引進(jìn)的乙苯生產(chǎn)裝置。</p><p>　　乙苯裝置的工藝流程主要特點(diǎn)是通過控制烷基化反應(yīng)條件，使催化劑反應(yīng)系統(tǒng)由兩相變?yōu)閱蜗?均相)，從而提高了乙苯收率，減少了三氯化鋁催化劑用量，簡化了流程,節(jié)省了生產(chǎn)費(fèi)用；由于提高了烷基化反應(yīng)溫度(180℃)，使反應(yīng)熱得到回收和利用；加強(qiáng)回收尾氣中的部分氯化氫，既減少了污染，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.2 乙苯工藝存在的問題

24、</p><p>　　我國乙苯/苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)與國外水平相比存在明顯的差距。(1)生產(chǎn)裝置規(guī)模小。國內(nèi)目前單線最大生產(chǎn)能力為120kt/a，國外則為600kt/a以上，一般規(guī)模平均在200kt/a以上。生產(chǎn)裝置規(guī)模小，導(dǎo)致能量綜合利用率低，產(chǎn)品成本高，缺乏市場競爭力。(2)生產(chǎn)裝置的物耗和能耗都未達(dá)到原設(shè)計值。我國從國外引進(jìn)裝置的設(shè)計值為每噸苯乙烯耗苯0.783～0.785t耗乙烯0.284～0.286t，但實際

25、的生產(chǎn)運(yùn)行都超過此設(shè)計值，能耗差距則更大。（3)裝置運(yùn)行周期短。國內(nèi)裝置運(yùn)行周期為一年左右，而國外由于采用了性能穩(wěn)定的新型催化劑和優(yōu)化控制技術(shù)等，裝置的運(yùn)行周期一般達(dá)2～3年。</p><p>　　1.3 乙苯工藝未來的發(fā)展趨勢</p><p>　　Mobil公司正在大力開發(fā)高活性、高選擇性的烷基化MCM-22分子篩催化劑。該分子篩屬于中孔范疇，由兩個獨(dú)立的非交叉孔道組成,其中一道是正弦型

26、孔道，另一孔道由12元環(huán)組成。MCM-22晶體呈薄片狀,具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。催化劑的使用周期為2年以上，并可再生，對環(huán)境無污染。烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)采用活性和選擇性非常高的TRA-1催化劑，這是ZSM-5的一種改性物。烷基轉(zhuǎn)移化和分餾工藝的設(shè)計與其第三代氣相法工藝相同。</p><p>　　F公司近期推出的專利是將Ω形分子篩應(yīng)用于液相烷基化反應(yīng)。Ω形分子篩用水熱法合成經(jīng)離子交換改性，加入20%的氧化鋁為粘結(jié)劑，擠條成型

27、，苯與乙烯的摩爾比可達(dá)到5，但多乙苯生成量大，目前尚未有工業(yè)化報道。</p><p>　　UOP公司開發(fā)了新型的EBZ-600分子篩催化劑，即將取代原有的催化劑。該催化劑具有苯乙烯摩爾比低，乙烯空速高，催化劑用量少等特點(diǎn)，多乙苯和乙苯齊聚物生成量少，可減輕烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的負(fù)荷，催化劑的再生周期為2年，壽命可達(dá)8年。UOP公司也在研究采用β分子篩替代原有的Y型分子篩，作為催化劑活性組份的載體。</p>

28、<p>　　在工藝技術(shù)的開發(fā)方面，由于分子篩液相法具有催化劑壽命長，產(chǎn)品中副產(chǎn)二甲苯含量少，反應(yīng)溫度比氣相法低等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計在今后數(shù)十年內(nèi)，分子篩液相烷基化技術(shù)將成為主導(dǎo)方法。Mobil/Badger和UOP都先后推出了液相烷基化法工藝。對反應(yīng)器和催化劑均進(jìn)行了改進(jìn)和更新。</p><p>　　2. 烷基化制乙苯的生產(chǎn)原理及設(shè)備介紹</p><p>　　2.1 乙苯的主要性質(zhì)及用途

29、</p><p>　　乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不容于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃度為100PPM。乙苯側(cè)鏈易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強(qiáng)弱及反應(yīng)條件的不同而異。在強(qiáng)氧化劑（如高錳酸鉀）或催化劑下，用空氣或氧氣氧化，生成苯甲酸；若用緩和氧化劑或溫和的反應(yīng)條件氧化，則生成苯乙酮。</p><p>　　乙苯是一個重要的中間

30、體，主要用來生產(chǎn)苯乙烯，其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮等；同時它又是制藥工業(yè)的主要原料。</p><p>　　2.2 乙苯生產(chǎn)方法評述和選擇</p><p>　　乙苯的工業(yè)生產(chǎn)在世界上有很多方但由于資源限制，經(jīng)濟(jì)價格昂貴（催化劑）或技術(shù)上的落后等原因。目前，我國大都采用兩類中幾種方法來生產(chǎn)乙苯。一類是從石油裂解所得的裂解汽油及鉑重整產(chǎn)物中所含的C9餾分中分離制得；另一類是采

31、用苯和乙烯為原料的烷基化生產(chǎn)。</p><p>　　2.2.1 苯的烷基化生產(chǎn)乙苯</p><p>　　芳烴的烷基化法是指在芳烴分子中，苯環(huán)上的一個氫或幾個氫被烷基取代而生成烷基苯的反應(yīng)，烷基化的主要目的是用來制取乙苯，異丙苯和十二烷基苯等重要的有機(jī)化工原料。</p><p>　　在烷基化反應(yīng)中，用于提供烷基的物質(zhì)稱為烷基化劑，一般采用的有烯烴，如：乙烯、丙烯、十二

32、碳烯等。有時也可用鹵代烴、醇、醚等作烷基化劑。</p><p>　　由于所用的烷基化劑的不同，烷基化方法也不同，其中最常用、最重要的方法使用烯烴作為烷基化劑以生產(chǎn)各種重要的烷基苯的過程，其反應(yīng)通式為：</p><p>　　C6H6+CnH2n→C6H5R （R=CnH2n+1）</p><p>　　在反應(yīng)過程中，除得到所需的烷基苯外，還生成一些多烷基苯副產(chǎn)物；<

33、;/p><p>　　C6H6+2CnH2n→C6H4R2 C6H6+3CnH2n→C6H3R3</p><p>　　甚至生成四烷基苯、五烷基苯以及少量的稠環(huán)化合物。</p><p>　　苯烷基化法生產(chǎn)乙苯就是采用苯為原料，乙烯為烷基化劑的生產(chǎn)方法，該法在具體生產(chǎn)過程中由于采用的催化劑不同，又可分為以下幾種方法：</p><p>　　2

34、.2.2 乙苯的烷基化工業(yè)生產(chǎn)方法</p><p><b>　?。ㄒ唬┮合嗤榛?lt;/b></p><p>　　二十世紀(jì)五十年代開始使用以AlCl3為催化劑的工藝技術(shù)生產(chǎn)乙苯，開發(fā)有傳統(tǒng)的AlCl3法和均相AlCl3法。傳統(tǒng)的工藝簡單，操作條件緩和，乙烯轉(zhuǎn)化率高，乙苯純度高，但設(shè)備腐蝕和污染嚴(yán)重。均相法所用催化劑為溶解于反應(yīng)液中的AlCl3絡(luò)合物，形成均相體系，提高了

35、乙苯轉(zhuǎn)化率，節(jié)省了催化劑用量。20世紀(jì)80年代末由Lummus,Ucocal和Uop三家公司聯(lián)合開發(fā)出Y型分子篩液相法，又稱為L/U/U工藝。Y型分子篩具有三維大孔通道，使用壽命長，該工藝反應(yīng)溫度易于控制，投資費(fèi)用低，而且乙苯的選擇性高，產(chǎn)品中二甲苯等雜質(zhì)含量少。下面討論液相烷基化過程。</p><p>　　烷基化反應(yīng)是一放熱可逆反應(yīng)，使用AlCl3催化劑時首先在氯化氫存在下，讓AlCl3與乙烯發(fā)生反應(yīng)：<

36、/p><p>　　2AlCl3+HCl+CH2=CH2→Al2Cl6RCl（其中R=C2H5）</p><p>　　然后與苯生成三元絡(luò)合物：</p><p>　　Al2Cl6RCl+C6H6→Al2Cl6·C6H5R.HCl</p><p>　　在三元絡(luò)合物的作用下，烷基化反應(yīng)按下式進(jìn)行：</p><p>　　A

37、l2Cl6·C6H6.R·HCl+CH2= CH2→Al2Cl6·C6H4R2.·HCl</p><p>　　Al2Cl6·C6H4R2·HCl+CH2= CH2→Al2Cl6·C6H6.R3·HCl</p><p>　　這些絡(luò)合物再與苯起復(fù)分解反應(yīng)生成乙苯或多乙苯：</p><p>　

38、　Al2Cl6·C6H4R2.·HCl+C6H6→Al2Cl6·C6H5R.·HCl+ C6H5R</p><p>　　Al2Cl6·C6H3R3·HCl+C6H6→Al2Cl6·C6H5R·HCl+ C6H4R2.</p><p>　　絡(luò)合物還可以與反應(yīng)產(chǎn)物起復(fù)分解反應(yīng)，從而產(chǎn)生脫烷基化過程：</p&g

39、t;<p>　　Al2Cl6·C6H3R·HCl+ C6H4R2→Al2Cl6·C6H5R·HCl+ C6H5R</p><p><b>　?。ǘ庀嗤榛?lt;/b></p><p>　　氣相烷基化是使氣態(tài)的苯和乙烯在高溫高壓下通過ZSM型分子篩催化劑進(jìn)行反應(yīng)。在氣相烷基化過程中，為防止多乙苯的生成，必須把苯和乙

40、烯的摩爾比控制在1:0.2。這樣可以提高乙苯對乙烯的產(chǎn)率，但增加了循環(huán)苯量。由于ZSM-5型分子篩的孔徑和苯分子尺寸相似，只有在分子篩骨架原子熱震動使孔徑增大的情況下，苯才能進(jìn)入分子篩的孔道，這就要求反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行。由于孔道的限制，反應(yīng)生成的多乙苯難以由孔道擴(kuò)散，而在孔道中進(jìn)行烷基轉(zhuǎn)移或脫烷基反應(yīng)生成乙苯或者其他分子尺寸小的物質(zhì)才能從孔內(nèi)移出。從而提高烷基化中生成乙苯的量。在H+催化下進(jìn)行的烷基反應(yīng)機(jī)理為：</p>

41、<p>　　H H H</p><p>　　C=C +H+→H—C—+C</p><p>　　H H H</p><p>　　生成的碳正離子加成到苯環(huán)上去形成б絡(luò)合物，該絡(luò)合物脫去一個H+生成穩(wěn)定的烷基芳烴。</p><p>　　碳正離子加成到苯環(huán)上形成б絡(luò)合物，

42、然后該絡(luò)合物脫去H+，H+取代BF3，形成穩(wěn)定的烷基芳烴。</p><p>　　ZSM-5型分子篩催化劑的典型操作條件為370～425℃，壓力1.37～2.74MPa，質(zhì)量空速3～5kg乙烯.(kg催化劑.h)-1。該法的優(yōu)點(diǎn)是使用ZSM型催化劑無污染、無腐蝕，乙苯收率達(dá)98%，能耗低，催化劑壽命達(dá)兩年以上，價格便宜，每千克乙苯耗用的催化劑較傳統(tǒng)的液相三氯化鋁催化劑價廉10-20倍，裝置不需特殊合金設(shè)備和管線，投

43、資以及生產(chǎn)成本均較低等，但操作溫度高，ZSM型催化劑表面易結(jié)焦，須頻繁再生，乙苯產(chǎn)品中二甲苯的含量偏高[1]。</p><p>　　2.3 乙苯裝置生產(chǎn)原理</p><p>　　2.3.1 催化干氣預(yù)處理部分生產(chǎn)原理</p><p>　　乙苯烴化催化劑最怕堿性物質(zhì)，會造成催化劑失活。而催化干氣多采用乙醇胺等堿性物質(zhì)脫硫技術(shù)脫除硫化氫，因此為了防止堿性物質(zhì)進(jìn)入烴化反應(yīng)

44、系統(tǒng)，催化干氣首先要經(jīng)過水洗。干氣中的丙烯會與苯生成丙苯，同時會增加甲苯的生成量，造成苯耗上升增加產(chǎn)品成本，所以需要通過吸收的辦法盡可能降低干氣中丙烯的含量。</p><p><b>　　工藝流程敘述：</b></p><p>　　催化干氣進(jìn)裝置后進(jìn)入催化干氣水洗罐。該罐具有兩個作用，其一是將催化干氣進(jìn)裝置時攜帶的液體除去，另一作用是用水將攜帶的MEA除去。罐內(nèi)設(shè)填料

45、一段，罐底設(shè)水洗循環(huán)泵，水洗用水循環(huán)使用。</p><p>　　- v! u2 {# d; i3 D3 _( ]從催化干氣水洗罐頂部出來的氣體依次進(jìn)入催化干氣換熱器、催化干氣過冷器與丙烯吸收塔塔頂出來的低溫催化干氣、冷凍水換熱，溫度降至15℃，從底部進(jìn)入丙烯吸收塔。吸收劑從丙烯吸收塔頂部進(jìn)入與催化干氣逆向接觸，將催化干氣中的丙烯絕大部分除去，從丙烯吸收塔頂部出來的催化干氣進(jìn)入催化干氣換熱器與進(jìn)塔的催化干氣換熱回收

46、部分冷量后去反應(yīng)部分。吸收了丙烯的吸收劑從塔底出來進(jìn)入貧液－富液換熱器與貧液換熱后進(jìn)入解吸塔。 ) ?/ U" I/ E; y. S0 T# k5 B+ y解吸塔進(jìn)料進(jìn)入解吸塔后，塔頂汽相進(jìn)入解吸塔頂蒸汽發(fā)生器冷凝冷卻，然后進(jìn)入解吸塔回流罐，冷凝下來的液體用解吸塔回流泵送至解吸塔頂部，未冷凝的氣體從解吸塔回流罐頂部出來后依次進(jìn)入解吸塔頂冷卻器解吸塔頂氣過冷器進(jìn)一步冷凝冷卻，然后進(jìn)入解吸塔頂分液罐進(jìn)行氣液分離，冷凝下來的

47、液體用解吸塔頂凝液泵送入解吸塔回流罐，未冷凝的氣體出裝置。解吸塔塔底物料用吸收劑循環(huán)泵加壓后依次通過貧液－富液換熱器、貧液過冷器冷卻，返回丙烯吸收塔塔頂循環(huán)使用。解吸塔蒸汽發(fā)生器產(chǎn)0.21Mpa蒸汽，解吸塔底重沸器熱源</p><p>　　2.3.2 烴化及反烴化部分生產(chǎn)原理</p><p>　　生成乙苯: & w! A$ G/ V* c% c2 g8 x1 N. C2H4+C

48、6H6=C6H5C2H5</p><p>　　+ q" A3 v6 S- e6 i+ g1 t# U4 T! Y' ]2 I在沸石催化劑上存在Lewis酸中心，可以吸附干氣中的乙烯分子，生成正碳離子，再與苯進(jìn)行加成反應(yīng)生成乙苯。這一反應(yīng)是可逆反應(yīng)，但是在反應(yīng)條件下，正向反應(yīng)(烴化)比逆反應(yīng)(反烴化)更有利。烴化反應(yīng)是放熱反應(yīng)。反應(yīng)熱△H=-106.2KJ/ mol。生成多乙苯：" o3

49、 ~) |4 r# O9 p乙苯可以進(jìn)一步烷基化生成二乙苯、三乙苯等。如：$ ~# b2 H7 r, S' + H" G/ F8 v- z1 c+ : T5 Y&C6H5C2H5+C2H4=C6H4(C2H5)2  Q'( b$ x3 h( [9 J5 j- h5/ G- J! r% x2 Y' j/ K: L* F; t5 \3 C' }（有鄰、間、對三種異構(gòu)體）:

50、 _+ Z5 I( _) y7 x" Q多乙苯反烴化:4 C4 a, C5 P! |+ }2 C( G ' C  T: B8 |& e" o在反烴化反應(yīng)器中，在沸石催化劑上同樣存在Lewis$酸中心，吸附多乙苯分子生成正碳離子，發(fā)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成乙苯，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)濃度。9 |: </p><p>　　: o6 G) ]. R, w1 x &

51、#160;~1 J干氣中除含10~30(V)%的乙烯外，還含有少量的丙烯和丁烯，在烴化催化劑上，同樣發(fā)生烷基化反應(yīng)，生成同相應(yīng)組分呈平衡的丙苯（異丙苯和正丙苯）和丁苯（4個異構(gòu)體：正丁苯、異丁苯仲丁苯和叔丁基苯），$ X$ ^6 s! s3 h, i% m" l- ? 4 b9 F$ o/ n, V1 F1 l( I1 `C3H6+C6H6=C6H5C3H70 _( J1 r&am

52、p; L+ @3`5 Y( A/ u8 S + b: D% s& j/ k) I2 d. HC4H8+C6H6=C6H5C4H9& X$ ~9 I+ t( T6 c( H生成甲苯： x  p7 S7E</p><p>　　甲苯可以由非芳烴、乙苯和二甲苯生成的，且主要是由丙苯和丁苯之類較高級烷基苯生成的甲苯在反應(yīng)器中不易通過脫烷基方

53、法除去。& B7 {& T& ~) m  W) M2 h+ g" }3 |生成二甲苯：, }  p& F3 s' T; }, </p><p>　　在Lewis酸中心作用下，在反應(yīng)溫度下，乙苯能夠異構(gòu)化生成二甲苯，三個二甲苯異構(gòu)體之間很容易進(jìn)行異構(gòu)化，在反應(yīng)器流出物中它們接近熱力學(xué)平衡。, 生成多烷基苯：J k, K/ I

54、4 dc! B" W; q</p><p>　　在烷基化反應(yīng)器中，烷基苯也可能進(jìn)一步烷基化生成相應(yīng)的多烷基苯，如通過下列反應(yīng)生成同甲苯呈平衡的甲乙苯，'   p/ g; C$ A5 d; G( F" WC6H5CH3+C2H4→C6H4CH3C2H5" R& zC6H5CH3+C6H5C2H5→C6H4CH3C2H5+C6H6# W3 E2 W*

55、M! y2 d; x+ q% U* ]1 J( i7 D2 `其它一些烷基苯也可能進(jìn)一步烷基化生成相應(yīng)的多烷基苯，如乙基異丙苯。二丙苯，乙基二甲苯等。脂肪烴和芳烴的異構(gòu)化作用都是很容易進(jìn)行的反應(yīng)，因此，它們的異構(gòu)體（如對/間/鄰乙基甲苯等）在反應(yīng)器流出物中是接近熱力學(xué)平衡的。_生成輕組分：這些副產(chǎn)物包括H2、CO2、C2H6、CH4、N2，以及C3、C4、C5烯烴和石蠟烴。進(jìn)料原料中雜質(zhì)是輕組分的主要來源，除此之外，烯烴聚合生成小于C8

56、之類的烴類。' ]: K- N[CnH2n]→[CnH2n]n0 ]/ ?8 p, P0 _4 [,生成多環(huán)化合物：5 W U K" </p><p>　　多環(huán)化合物主要是二苯基乙烷和二苯基甲烷（聯(lián)苯和1.1—二苯基甲烷）和它們的衍生物，被稱做重組分或高沸物，二苯基甲烷主要是由較高級的烷基苯（丙苯、丁苯等）和苯反應(yīng)生成的。例如：) n% v1 c6 G9 |. N2 m; T- t. k&am

57、p; T* @/ Z" f: fC6H5C3H7+C6H6→C6H5CH2C6H5+C2H6- i$ F2 y& r1 @- T7</p><p>　　生成二苯基乙烷將更直接，基本上是通過下列烷基化反應(yīng)進(jìn)行的：( d. I. V$ \# {" t3 w& C6H5C2H3+C6H6→C6H5C2H4C6H58 多環(huán)化合物作為多乙苯塔釜液從工藝過程除去。' Y( L%

58、]1 Q! h8 p9 o8 X工藝流程敘述：8 U4 D% e1 p- Z/ n反應(yīng)部分分為烴化反應(yīng)和反烴化反應(yīng)。 - [4 J. M/ K3 e. a3 v脫除丙烯后的催化干氣分四路進(jìn)入烴化反應(yīng)器。從分離部分來的循環(huán)苯分作兩路。其中一路與新鮮苯換熱，然后與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，最后經(jīng)循環(huán)苯加熱爐加熱至340～360℃后，進(jìn)入烴化反應(yīng)器頂部。烴化反應(yīng)器操作條件為：溫度320～340℃，壓力0.8MPa（G），苯：乙烯分子比6～7，乙烯

59、重量空速為0.4～0.5h-1。從烴化反應(yīng)器出來反應(yīng)產(chǎn)物首先進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物－循環(huán)苯換熱器（二），再進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物－循環(huán)苯換熱器（一）與烴化反應(yīng)用循環(huán)苯換熱。從分離部分來循環(huán)苯進(jìn)入循環(huán)苯罐后，用循環(huán)苯泵抽出后分為兩路，一路為烴化反應(yīng)用苯，另一路為反烴化用苯。烴化反應(yīng)用循環(huán)苯先依次通過新鮮苯－循環(huán)苯換熱器與新鮮苯換熱，然后經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)物－循環(huán)苯換熱器</p><p>　　2.3.3 分離部分生產(chǎn)原理</p>&

60、lt;p>　　自反應(yīng)部分來的烴化產(chǎn)物是苯、乙苯、多乙苯、丙苯、非芳等組成的混合物。尾氣吸收塔用多乙苯作為吸收劑吸收掉烴化尾氣中的重組分，輕組分送出裝置。吸收塔底的重組分與反烴化產(chǎn)物進(jìn)入循環(huán)苯塔，將其中的苯回收，返回到烴化反應(yīng)器和反烴化反應(yīng)器。非芳塔的作用是從循環(huán)苯中的脫除輕非芳烴和低沸點(diǎn)化合物，以防積累，同時回收不凝氣中的苯，降低苯耗。乙苯精餾塔的主要任務(wù)就是使乙苯產(chǎn)品達(dá)到苯乙烯裝置所要求的工藝指標(biāo)，乙苯產(chǎn)品的質(zhì)量將決定苯乙烯的質(zhì)

61、量，特別是其中二乙苯的含量不能超過10pm（wt），以防止在苯乙烯單元中形成難溶的聚合物。為了減少苯乙烯中α－甲基苯乙烯的含量，設(shè)置丙苯塔，以脫除丙苯的同系物。多乙苯塔將反應(yīng)產(chǎn)物中的二乙苯、三乙苯回收，送到反烴化反應(yīng)器，與苯反應(yīng)生成乙苯。為了充分地回收熱量，在循環(huán)苯塔、乙苯精餾塔、丙苯塔頂設(shè)置蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生0.21MPa蒸汽。0 H; }# x0 x</p><p>　　工藝流程敘述：  E

62、' k4 b* @* P: o% K</p><p>　　自反應(yīng)產(chǎn)物過冷器來的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入尾氣吸收塔底部，在0.575Mpa（G）壓力下閃蒸，閃蒸汽相與自上而下的吸收劑逆向接觸，將汽相中絕大部分苯及重組分吸收下來后，尾氣自塔頂出裝置。閃蒸液相、吸收劑及吸收下來的苯等重組分、反應(yīng)產(chǎn)物冷凝冷卻器殼側(cè)凝液等液體混合后，自塔底經(jīng)吸收塔底泵壓送至反應(yīng)產(chǎn)物－苯塔進(jìn)料換熱器，加熱至127℃后，與該換熱器殼側(cè)凝液混合后進(jìn)

63、入循環(huán)苯塔。8 M% {; U# }) Y: ]8 y8 [+ s循環(huán)苯塔共有三股進(jìn)料，一股是從反應(yīng)產(chǎn)物－苯塔進(jìn)料換熱器過來的物料，一股是反烴化反應(yīng)產(chǎn)物，一股是新鮮苯。三股物料在不同位置進(jìn)入循環(huán)苯塔后，苯及不凝氣從塔頂蒸出進(jìn)入循環(huán)苯塔頂蒸汽發(fā)生器和循環(huán)苯塔頂后冷器冷凝冷卻后進(jìn)入循環(huán)苯塔回流罐凝液全部經(jīng)由循環(huán)苯塔回流泵打入塔頂作為回流，未冷凝的氣體從循環(huán)苯塔回流罐罐頂出來后進(jìn)入脫非芳塔作為脫非芳塔進(jìn)料。循環(huán)苯塔側(cè)線抽出循環(huán)苯，用循環(huán)苯塔

64、側(cè)線抽出泵送至循環(huán)苯罐供反應(yīng)部分用苯。塔底物料自壓至乙苯精餾塔。循環(huán)苯塔頂蒸汽發(fā)生器產(chǎn)0.21MPaG蒸汽，循環(huán)苯塔頂后冷器產(chǎn)120℃熱水，循環(huán)苯塔重沸器熱源為3.5MPaG蒸汽。& y1 I+ P# u8 P</p><p>　　脫非芳塔進(jìn)料從底部進(jìn)入脫非芳塔，脫非芳塔塔頂氣體經(jīng)脫非芳塔頂冷凝冷卻器和脫非芳塔頂后冷器冷凝冷卻，然后進(jìn)入脫非芳塔回流罐進(jìn)行氣液分離，不凝氣從脫非芳塔回流罐頂出來進(jìn)入燃料氣分液

65、罐，液體用脫非芳塔回流泵送至脫非芳塔頂部作為脫非芳塔回流。脫非芳塔塔底物流用脫非芳塔底泵送至循環(huán)苯塔或循環(huán)苯罐。脫非芳塔內(nèi)置重沸器熱源采用1.0MPaG蒸汽。. 乙苯精餾塔進(jìn)料進(jìn)入乙苯精餾塔后，乙苯從塔頂蒸出，進(jìn)入乙苯精餾塔頂蒸汽發(fā)生器冷凝，冷凝液進(jìn)入乙苯精餾塔回流罐，經(jīng)乙苯精餾塔回流泵加壓后，一部分打入塔頂作為回流，另一部分經(jīng)乙苯產(chǎn)品冷卻器冷卻至40℃后送至乙苯產(chǎn)品罐，然后用乙苯產(chǎn)品泵送出裝置，合格乙苯送至罐區(qū)乙苯罐，不合格乙

66、苯送至罐區(qū)不合格乙苯罐。塔底物料經(jīng)乙苯精餾塔底泵加壓后分為兩路：一路作為丙苯塔進(jìn)料送至丙苯塔，另一路作為尾氣吸收塔的循環(huán)吸收劑依次經(jīng)循環(huán)吸收劑－反烴化料換熱器、循環(huán)吸收劑冷卻器、循環(huán)吸收劑過冷器冷卻至15℃進(jìn)入尾氣吸收塔塔頂。乙苯精餾塔塔頂蒸汽發(fā)生器產(chǎn)0.21MPaG蒸汽，乙苯精餾塔底重沸器的熱源為3.5MPaG蒸汽。</p><p>　　/ b  T4 y- o6 r, |8 v丙苯塔進(jìn)料進(jìn)

67、入丙苯塔，丙苯從塔頂蒸出，進(jìn)入丙苯塔頂蒸汽發(fā)生器冷凝，冷凝液進(jìn)入丙苯塔回流罐，然后經(jīng)丙苯塔回流泵加壓后分為兩路，一部分打入塔頂作為回流，另一部分由丙苯冷卻器冷卻至40℃后，送入丙苯罐。由于丙苯量很小，生產(chǎn)過程中丙苯餾分送出為間歇操作。塔底物料經(jīng)丙苯塔底泵送入多乙苯塔。丙苯塔頂蒸汽發(fā)生器產(chǎn)0.21MPaG蒸汽，丙苯塔重沸器熱源為3.5MPaG蒸汽。U- H" x. k </p><p>　　多乙苯塔進(jìn)料進(jìn)

68、入多乙苯塔后，二乙苯、三乙苯等組分從塔頂蒸出，進(jìn)入多乙苯塔頂冷凝器冷凝，冷凝液進(jìn)入多乙苯塔回流罐，一部分經(jīng)多乙苯塔回流泵打入塔頂作為回流，另一部分經(jīng)反烴化料泵送入反應(yīng)部分。塔底物料經(jīng)多乙苯塔底泵送至高沸物冷卻器冷卻至40℃后，送入高沸物罐。由于高沸物量很少，生產(chǎn)過程中高沸物送出為間歇操作。多乙苯塔頂冷凝器產(chǎn)熱水，多乙苯塔重沸器熱源為熱載體。多乙苯塔為減壓操作，從外部漏入系統(tǒng)的空氣等不凝氣，經(jīng)多乙苯塔回流罐頂部冷卻器冷卻后，由液環(huán)式真空泵

69、抽出排入大氣。r) |& N( q</p><p>　　丙苯罐內(nèi)丙苯餾分由丙苯泵間斷送出裝置，約4天一次。高沸物罐內(nèi)高沸物有高沸物泵送出裝置，約6天一次[3]。</p><p>　　2.3.4 熱載體部分生產(chǎn)原理</p><p>　　熱載體即導(dǎo)熱油，通過熱載體加熱爐加熱后為丙烯解吸塔、反烴化反應(yīng)器、多乙苯塔提供熱源。熱載體可以循環(huán)利用。</p>

70、<p><b>　　工藝流程敘述：</b></p><p>　　4 N' _1 R6 Y" b$ U熱載體進(jìn)裝置后送至熱載體罐，由熱載體注入泵送入熱載體循環(huán)系統(tǒng)。& z& a0 T2 b3 k熱載體經(jīng)熱載體泵加壓后送入熱載體加熱爐加熱到305℃。分兩路送至解吸塔重沸器、反烴化反應(yīng)進(jìn)料加熱器作熱源。從解吸塔重沸器出來的熱載體進(jìn)入多乙苯塔底重沸器作為

71、熱源。從反烴化反應(yīng)進(jìn)料加熱器、多乙苯塔底重沸器出來的熱載體混合返回?zé)彷d體泵。熱載體循使用。熱載體加熱爐為盤管式定型設(shè)備。停工或檢修時熱載體用熱載體開停工冷卻器冷卻、氮?dú)鈮核椭翢彷d體罐[3]。</p><p>　　2.3.5 熱水和冷凍水部分生產(chǎn)原理</p><p>　　冷凍水從溴化鋰制冷機(jī)出來，用冷凍水泵加壓送至催化干氣過冷器、貧液過冷器、解吸塔頂氣過冷器、反應(yīng)產(chǎn)物過冷器、脫非芳塔頂后冷器

72、、循環(huán)吸收劑過冷器以及苯乙烯裝置，換熱后返回溴化鋰制冷機(jī)。溴化鋰制冷機(jī)制冷采用熱水制冷。</p><p>　　熱水用熱水泵加壓送至循環(huán)苯塔頂后冷器、多乙苯塔頂冷凝器兩臺換熱器換熱，然后去溴化鋰制冷機(jī)制冷。剩余熱量通過熱水冷卻器用循環(huán)水冷卻。0 l( R/ B9 f2 n9 u溴化鋰制冷機(jī)為兩臺并聯(lián)操作[3]。 </p><p>　　2.4 反應(yīng)條件的影響</p><p&

73、gt;　　由反應(yīng)動力學(xué)知，溫度升高，可增加烷基化反應(yīng)速率，從熱力學(xué)角度來看，烷基化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，主反應(yīng)式的平衡常數(shù)和溫度的關(guān)系為：</p><p>　　lgKp=5460/T-6.56</p><p>　　可以看出過高溫度不利于平衡，會降低平衡產(chǎn)率。令外溫度對催化劑影響極大，對傳統(tǒng)AlCl3法來說，催化劑溫度達(dá)到120℃時就開始樹脂化，并很快失去活性。對AlCl3均相反應(yīng)或者Y型分子篩為

74、催化劑的乙苯生產(chǎn)的烷基化反應(yīng)溫度一般控制在140~270℃。具體溫度應(yīng)根據(jù)乙烯濃度而定，乙烯濃度高，則溫度可偏于低限;反之，則溫度可接近上限。對分子篩氣相法而言，反應(yīng)溫度主要為了滿足催化劑的催化活性和使用壽命的需要，一般控制為380~420℃，過高的溫度會導(dǎo)致副產(chǎn)物增、催化劑表面結(jié)碳而失活。</p><p>　　對苯和乙烯的液相烷基化反應(yīng)來說，壓力增加可以提高乙烯的溶解速率，但不利于生成乙苯。因為本反應(yīng)為分子數(shù)目

75、減少的反應(yīng)，其平衡常數(shù)Kp較大，足以抵消壓力的影響。對傳統(tǒng)AlCl3法，反應(yīng)溫度在80-100℃范圍內(nèi)，常壓下，乙烯實際上已可完全轉(zhuǎn)化。故用濃乙烯反應(yīng)時，通常在常壓下進(jìn)行。對均相AlCl3法，反應(yīng)溫度為160~180℃，相應(yīng)的壓力為0.7~0.9MPa。對Y型分子篩法，反應(yīng)溫度為245~270℃，壓力為1.2~2.6MPa，以保證一定的反應(yīng)速率。</p><p>　　反應(yīng)產(chǎn)物的平衡組織只與反應(yīng)混合物中烷基與苯核數(shù)

76、有關(guān)，而與原料烴的烷基分配情況無關(guān)。</p><p>　　很多雜質(zhì)對烷基化反應(yīng)影響較大。如水量過多，與三氯化鋁作用后增加催化劑的消耗和加重設(shè)備腐蝕。另外對氧、一氧化乙炔、氯化鐵和其他烯烴均應(yīng)嚴(yán)格控制，因為氧能使苯氧化并在三氯化鋁作用下聚合成樹脂狀物質(zhì)堵塞管道；一氧化碳能使催化劑中毒；乙炔與其他烯烴的存在會與苯作用生成的物質(zhì)使絡(luò)合物變得更加粘稠，導(dǎo)致催化劑失活，影響乙苯的質(zhì)量；催化劑中氯化鐵會進(jìn)行水合，也可使催化劑

77、更為粘稠，成為膠狀，減小催化劑活性。一般要求原料中水含量小于30mg·L-1；苯的沸點(diǎn)范圍為79~80.5℃,1℃內(nèi)蒸出量大于95%，無殘渣；乙烯純度應(yīng)大于90%，其中丙烯、丁烯含量小于1%，硫化氫含量小于5mg·m-3，乙炔含量小于0.5%[1]。</p><p>　　2.5 氣相烷基化生產(chǎn)乙苯的工藝流程</p><p>　　ZSM-5分子篩氣相法于20世紀(jì)80年代投

78、產(chǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的乙苯生產(chǎn)工藝，世界上采用分子篩氣相烷基化工藝生產(chǎn)的乙苯占總產(chǎn)量的50%以上。 </p><p>　　如圖2.1所示，新鮮苯和回收苯換熱后進(jìn)入加熱爐，汽化并預(yù)熱至400~420℃，與原料乙烯混和后進(jìn)入烷基化反應(yīng)器各催化劑床層上方。操作條件為：溫度370~425℃，壓力為1.37~2.74MPa，n（苯）：n（乙烯）=6.5~7.0，乙烯質(zhì)量空速（2.1~3.0）h-1。多乙苯塔分離出來的多乙苯

79、與循環(huán)苯混合并在加熱爐加熱汽化后，通過烷基化反應(yīng)器催化劑層，進(jìn)行烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。從烷基化反應(yīng)器底部出來的烴化液與原料苯進(jìn)行熱交換后進(jìn)入初餾塔，蒸出的輕組分及少量苯，經(jīng)換熱后至尾氣排出系統(tǒng)作燃料。初餾塔塔釜物料進(jìn)入苯回收塔，塔頂蒸出苯和甲苯進(jìn)入苯、甲苯塔；塔釜物料進(jìn)入乙苯塔。在苯、甲苯塔中分離出苯和甲苯。苯循環(huán)使用，甲苯作為副產(chǎn)品；在乙苯塔塔頂蒸出乙苯，送成品貯罐，塔底餾分進(jìn)入多乙苯塔；多乙苯塔塔頂蒸出二乙苯，送入烷基化反應(yīng)器。</p

80、><p>　　該法無腐蝕、無污染，反應(yīng)器可用低鉻合金鋼制造，裝置投資費(fèi)用低，使用壽命長。尾氣及蒸餾殘渣可作燃料；乙苯收率高，用ZSM-5型催化劑可達(dá)到98%。能耗低，烷基化反應(yīng)溫度高有利于熱量的回收，催化劑價廉，壽命兩年以上。但該法催化劑表面易結(jié)焦、催化劑活性下降快、需頻繁進(jìn)行燒焦再生[1]。</p><p>　　2.6 氣相烷基化生產(chǎn)乙苯的設(shè)備介紹</p><p>&

81、lt;b>　　2.6.1 加熱爐</b></p><p>　　加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　加熱爐是傳熱設(shè)備的一種，同樣具有熱量傳遞過程。熱量通過金屬管壁傳給工藝介質(zhì)，因此他們同樣符合導(dǎo)熱

82、與對流傳熱的基本規(guī)律。但加熱爐屬于火力加熱設(shè)備，首先由燃料的燃燒產(chǎn)生熾熱的火焰和高溫的氣流，主要通過輻射傳熱將熱量傳給管壁，然后由管壁傳給工藝介質(zhì)，工藝介質(zhì)在輻射室獲得的熱量約占總熱負(fù)荷的70%-80%,而在對流段獲得的熱量約占熱負(fù)荷的20-30%。因此加熱爐的傳熱過程比較復(fù)雜。</p><p>　　加熱爐的對象特性一般基于定性分析和實驗測試獲得。從定性角度出發(fā)，可以看出其傳熱過程為:爐膛熾熱火焰輻射給爐管，經(jīng)熱

83、傳導(dǎo)對流傳熱給工藝介質(zhì)。所以與一般傳熱對象一樣，具有較大的時間常數(shù)和純滯后時間[6]。</p><p><b>　　2.6.2 反應(yīng)器</b></p><p>　　用于實現(xiàn)液相單相反應(yīng)過程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應(yīng)過程。器內(nèi)常設(shè)有攪拌（機(jī)械攪拌、氣流攪拌等）裝置。在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉。在反應(yīng)過程中物料需加熱或冷卻時，可在反應(yīng)器壁處設(shè)置夾套，或在器

84、內(nèi)設(shè)置換熱面，也可通過外循環(huán)進(jìn)行換熱。 </p><p>　　反應(yīng)器的應(yīng)用始于古代，制造陶器的窯爐就是一種原始的反應(yīng)器。近代工業(yè)中的反應(yīng)器形式多樣,例如:冶金工業(yè)中的高爐和轉(zhuǎn)爐；生物工程中的發(fā)酵罐以及各種燃燒器，都是不同形式的反應(yīng)器。</p><p>　　常用反應(yīng)器的類型有：①管式反應(yīng)器。由長徑比較大的空管或填充管構(gòu)成，可用于實現(xiàn)氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。②釜式反應(yīng)器。由長徑比較小的圓筒形容器構(gòu)

85、成，常裝有機(jī)械攪拌或氣流攪拌裝置，可用液相單相反應(yīng)過程和液液相、氣液相、氣液固相等多相反應(yīng)過程。用于氣液相反應(yīng)過程的稱為鼓泡攪拌釜（見鼓泡反應(yīng)器）；用于氣液固相反應(yīng)過程的稱為攪拌釜式漿態(tài)反應(yīng)器。③有固體顆粒床層的反應(yīng)器。氣體或(和)液體通過固定的或運(yùn)動的固體顆粒床層以實現(xiàn)多相反應(yīng)過程，包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動床反應(yīng)器、涓流床反應(yīng)器等。④塔式反應(yīng)器。用于實現(xiàn)氣液相或液液相反應(yīng)過程的塔式設(shè)備，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（見彩圖

86、）。⑤噴射反應(yīng)器。利用噴射器進(jìn)行混合，實現(xiàn)氣相或液相單相反應(yīng)過程和氣液相、液液相等多相反應(yīng)過程的設(shè)備。⑥其他多種非典型反應(yīng)器。如回轉(zhuǎn)窯、曝氣池等。</p><p>　　反應(yīng)器按操作方式可分為： </p><p>　?、匍g歇釜式反應(yīng)器,或稱間歇釜。 </p><p>　　操作靈活，易于適應(yīng)不同操作條件和產(chǎn)品品種，適用于小批量、多品種、反應(yīng)時間較長的產(chǎn)品生產(chǎn)。間歇釜的缺

87、點(diǎn)是：需有裝料和卸料等輔助操作，產(chǎn)品質(zhì)量也不易穩(wěn)定。但有些反應(yīng)過程，如一些發(fā)酵反應(yīng)和聚合反應(yīng)，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)尚有困難，至今還采用間歇釜。 </p><p>　　間歇操作反應(yīng)器系將原料按一定配比一次加入反應(yīng)器，待反應(yīng)達(dá)到一定要求后，一次卸出物料。連續(xù)操作反應(yīng)器系連續(xù)加入原料，連續(xù)排出反應(yīng)產(chǎn)物。當(dāng)操作達(dá)到定態(tài)時，反應(yīng)器內(nèi)任何位置上物料的組成、溫度等狀態(tài)參數(shù)不隨時間而變化。半連續(xù)操作反應(yīng)器也稱為半間歇操作反應(yīng)器，介于上述

88、兩者之間，通常是將一種反應(yīng)物一次加入，然后連續(xù)加入另一種反應(yīng)物。反應(yīng)達(dá)到一定要求后，停止操作并卸出物料。 </p><p>　　間歇反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，同一設(shè)備可用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品，尤其適合于醫(yī)藥、染料等工業(yè)部門小批量、多品種的生產(chǎn)。另外，間歇反應(yīng)器中不存在物料的返混，對大多數(shù)反應(yīng)有利。缺點(diǎn)是需要裝卸料、清洗等輔助工序，產(chǎn)品質(zhì)量不易穩(wěn)定。 </p><p>　?、谶B續(xù)釜式反應(yīng)器,或稱連續(xù)

89、釜 </p><p>　　可避免間歇釜的缺點(diǎn)，但攪拌作用會造成釜內(nèi)流體的返混。在攪拌劇烈、液體 釜式反應(yīng)器</p><p>　　粘度較低或平均停留時間較長的場合，釜內(nèi)物料流型可視作全混流，反應(yīng)釜相應(yīng)地稱作全混釜。在要求轉(zhuǎn)化率高或有串聯(lián)副反應(yīng)的場合，釜式反應(yīng)器中的返混現(xiàn)象是不利因素。此時可采用多釜串聯(lián)反應(yīng)器,以減小返混的不利影響，并可分釜控制反應(yīng)條件。 </p><p&g

90、t;　　大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)盡可能采用連續(xù)反應(yīng)器。連續(xù)反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于操作控制。其缺點(diǎn)是連續(xù)反應(yīng)器中都存在程度不同的返混，這對大多數(shù)反應(yīng)皆為不利因素，應(yīng)通過反應(yīng)器合理選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計加以抑制。 </p><p>　?、郯脒B續(xù)釜式反應(yīng)器。 </p><p>　　指一種原料一次加入，另一種原料連續(xù)加入的反應(yīng)器，其特性介于間歇釜和連續(xù)釜之間[4]。</p><p>

91、<b>　　2.6.3 換熱器</b></p><p>　　是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式

92、換熱器應(yīng)用最多。</p><p>　　適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： </p><p>　　一、換熱器按傳熱原理分類 </p><p><b>　　1、表面式換熱器 </b></p><p>　　表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁

93、面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。 </p><p><b>　　2、蓄熱式換熱器 </b></p><p>　　蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換

94、式等。 </p><p>　　3、流體連接間接式換熱器 </p><p>　　流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 </p><p>　　4、直接接觸式換熱器 </p><p>　　直接接觸式換熱器是

95、兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 </p><p>　　二、換熱器按用途分類 </p><p><b>　　1、加熱器 </b></p><p>　　加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 </p><p><b>　　2、預(yù)熱器 </b></

96、p><p>　　預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 </p><p><b>　　3、過熱器 </b></p><p>　　過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。 </p><p><b>　　4、蒸發(fā)器 </b></p><p>　　蒸發(fā)器用于加熱流體

97、，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 </p><p>　　三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類 </p><p>　　間壁式換熱器 夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的

98、給熱系數(shù).為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。</p><p>　　沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動程度低，管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。 </p><p>　　噴淋式換熱器

99、 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用.因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。</p><p>　　套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的

100、直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式

101、。 </p><p>　　板式換熱器 最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴（膠條的更換費(fèi)用大約占整個過程的1/3-1/2）.主要應(yīng)用于液體-液體之間的換熱，行業(yè)內(nèi)常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。 </p><p>

102、;　　為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛.。 </p><p>　　目前，由于中國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛(wèi)生級別高的行業(yè)。 </p><p>　　管殼式換熱器 管殼式(又稱列管式)

103、 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進(jìn)口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm。大大提高了換熱

104、效率，今年來也在國內(nèi)市場逐漸推廣開來。管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對稱設(shè)計，最大可以達(dá)到4.6倍。這種不對稱設(shè)計，決定其在汽-水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達(dá)到14000w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。</p><p>　　同時，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著中國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及

105、制藥行業(yè)的必選。 </p><p>　　雙管板換熱器 也稱P型換熱器，是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染。現(xiàn)在國產(chǎn)品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進(jìn)口可以到幾十萬。符合新版GMP規(guī)定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。</p><p>　　混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流

106、體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。 </p><p>　　按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型： </p><p>　　(1)冷卻塔(或稱冷水塔) (2)氣體洗滌

107、塔(或稱洗滌塔)</p><p>　　(3)噴射式熱交換器 (4)混合式冷凝器 </p><p>　　蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替