乙苯脱氢反应器体积计算
年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书
年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书题目：年产2.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计设计条件：⒈常压反应，水蒸气稀释，副反应忽略。
⒉粗产品组成（脱水后的油相）摩尔分率：乙苯：苯乙烯=0.54:0.46。
⒊塔压力6kpa,相对挥发度按1.54计。
⒋塔顶乙苯含量0.97，塔釜乙苯含量0.01。
设计要求：⒈计算转化率，按其为平衡转化率的90%计，求得平衡组成，选定水蒸气的用量，求出平衡常数及反应温度。
⒉列出物料进出反应器的平衡表。
⒊根据进料组成，黏度估算全塔效率。
⒋根据条件及分离要求计算最小回流比，确定实际回流比，计算理论及实际塔板数，并确定加料板的位置。
⒌根据塔顶第一块的汽液条件设计塔径，塔板结构，并进行水力学性能校核。
⒍做负荷性能图。
⒎塔高的确定及接管尺寸。
⒏塔设计列表。
⒐画出塔的结构图。
㈠相关物性参数收集㈡反应计算机物料进出反应器的平衡表⒈ 设计条件，粗产物中乙苯∶苯乙烯＝0.58∶0.42 ,以苯乙烯计算转化率为x=0.42平衡转化率x e =90.042.0=0.4667⒉ 1mol 苯乙烯反应系统，平衡转化率为51.1%，平衡时系统组成为： 主反应 C 6H 5C 2H 5 = C 6H 5CHCH 2 + H 2 平衡时：1—0.46670.511 0.51125℃下，反应的θm r G ∆=),(2g H G m f θ∆+),(256g CHCH H C G m f θ∆—),(5256g H C H C G m f θ∆=246.18+0—162.09=84.09kJ/mol ； θmr H ∆=)(,2g H H m f θ∆+),(3256g H C H C H m f θ∆—),(3256g H C H C H m f θ∆=103.76+12.34=116.1kJ/mol ； θmr G ∆=﹣RT ㏑K θ T 1=298K,解得K θ（1）=1.41㏑)1()2(θθK K =R H mr θ∆（11T —21T ）假设系统中的水蒸气的物质的量为1mol,K θ（2）=x x -12(811++x )=511.01511.02-×(1511.011++)=0.21；解得T 2=811.23K选择反应温度为811.23K ，水争取与乙苯的物质的量之比1：10。
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
（4）掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1 主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4C2H4+H2C2H6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2影响因素乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式ln K P H0可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转T P RT2化率。
但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式K P K n P总可ni知，当△γ >0 时，降低总压 P 总可使 K n增大 ,从而增加了反应的平衡转化率 ,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量 ,使反应温度比较稳定 ,能使反应产物迅速脱离催化剂表面 ,有利于反应向苯乙烯方向进行 ;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显着，因此适宜的用量为：水：乙苯＝ 1.2～ 2.6： 1（质量比）。
2.2.3 空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以 0.6～1h-1为宜。
反应釜计算体积公式
反应釜计算体积公式反应釜是一种用于进行化学反应的设备，它具有一个封闭的容器，能够控制反应温度、压力和时间等参数。
在设计和操作反应釜时，准确计算其体积是非常重要的，因为它可以影响到反应条件的控制和反应物的使用量。
反应釜的体积可以通过几种方法来计算，其中最常用的方法是基于釜体的几何形状进行计算。
根据反应釜的形状可以分为圆柱形、球形和锥形等。
下面将分别介绍这三种形状反应釜的体积计算公式。
1.圆柱形反应釜的体积计算公式：圆柱形反应釜的容积可以通过计算釜体的底面积乘以高度来得到。
公式如下：V=πr^2h其中，V为反应釜的体积，π为圆周率，r为釜体的半径，h为釜体的高度。
2.球形反应釜的体积计算公式：球形反应釜的容积可以通过计算球体的体积来得到。
公式如下：V=(4/3)πr^3其中，V为反应釜的体积，π为圆周率，r为球体的半径。
3.锥形反应釜的体积计算公式：锥形反应釜的容积可以通过计算锥体的体积来得到。
公式如下：V=(1/3)πr^2h其中，V为反应釜的体积，π为圆周率，r为锥体的底面半径，h为锥体的高度。
需要注意的是，在实际计算中，反应釜的几何形状可能会比较复杂，无法简单地通过上述公式进行计算。
这时候可以采用离散法来进行计算，将反应釜体积划分为多个小体积，并分别计算其体积后再求和。
这在计算复杂形状的反应釜体积时比较常用。
此外，还需要考虑反应釜中的其它构造物对容积的影响，如搅拌器、冷却装置等，需要适当调整计算公式。
总之，在计算反应釜的体积时，首先确定釜体的几何形状，然后根据相应的公式进行计算，如果形状较为复杂，可以采用离散法进行计算。
同时，也需要考虑附加结构物对容积的影响，以提高计算的准确性。
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
（4）掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1 主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4C2H4+H2C2H6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2影响因素乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式ln K P H0可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转T P RT2化率。
但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式K P K n P总可ni知，当△γ >0 时，降低总压 P 总可使 K n增大 ,从而增加了反应的平衡转化率 ,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量 ,使反应温度比较稳定 ,能使反应产物迅速脱离催化剂表面 ,有利于反应向苯乙烯方向进行 ;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显着，因此适宜的用量为：水：乙苯＝ 1.2～ 2.6： 1（质量比）。
2.2.3 空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以 0.6～1h-1为宜。
乙苯脱氢制苯乙烯反应工段毕业设计
乙苯脱氢制苯乙烯反应工段毕业设计摘要苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。
本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况，苯乙烯反应的工艺条件，乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，苯乙烯的生产方法和生产工艺。
本设计以年处理量30万吨乙苯为生产目标，采用乙苯二段绝热氧化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。
根据设计任务书的要求对整个工艺流程进行了物料衡算和热量衡算，并利用流程设计模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型并绘制了带控制点的工艺流程图。
在设计过程中对整个工艺流程进行了简化计算，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟，并确定了整套装置的主要工艺尺寸,车间的平立面布置。
由于本设计方案使用计算机过程模拟软件Aspen Plus进行仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进行改进及最优综合具有重要的实际意义。
关键词：乙苯；苯乙烯；脱氢；Aspen Plus；模拟优化AbstractStyrene Monomer（SM）is one of the most important organic chemicals. This article describes the present situation and development of styrene at home and abroad, styrene reaction conditions, catalyst for ethylbenzene dehydrogenation to styrene, styrene production methods and production processes.This design is based on the annual handling capacity of 300,000 tons of ethylbenzene production targets, ethylbenzene two-stage adiabatic oxidative dehydrogenation using styrene in the process, the entire section in the process design and equipment selection. According to the requirements of the design of the mission statement of the entire process the material balance and heat balance, process design simulation software Aspen Plus simulation of the whole process of the entire process, choose the appropriate operating unit module and thermodynamic methods, and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process include one reaction parts, the use of computer simulation results on the entire process flow simulation , determine the size of the main process of the entire device , workshop level and elevation layout.This design using computer simulation software Aspen Plus simulation文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
乙苯脱氢反应器体积计算
工艺流程
新鲜乙苯和循环乙苯混合后与过热蒸汽一起进入两个串联的 固定床反应器。反应后的气体混合物进入冷凝器，冷凝物在
油水分离器分离，水经过净化后返回锅炉使用。物料经苯-甲
苯、乙苯回收塔、精制塔、残夜精制塔四个塔分离出苯、甲 苯、乙苯、苯乙烯和焦油。苯和甲苯再经分离，苯返回烃化 器，甲苯作为商品，乙苯返回脱氢工序。苯乙烯作为主要产 品送至储罐。焦油残留物从最后一个塔底排除。
结构
单器和双器 自由床和限制床 主体 气体分布装置 内部构件 换热装置 气固分离装置
固定床反应器
优点： 1、催化剂不易磨损，可长期使用，可用于高温高压下操作。 2、床层内流体的流动接近于理想置换流动 ，较少量催化剂 可获较大生产能力 3、停留时间可以控制，温度分布可以适当调节，特别有利于 达到高的转化率和高的选择性 缺点： 1、传热较差，温控难。 2、更换催化剂时必须停止生产 。 3、难使用小颗粒催化剂。
蒸气对催化剂有影响，只能采取降压操作。 实验室采用通水蒸气来降低反应产物分压，起降压作用，提 高平衡转化率。另外，水蒸气可以与沉积在催化剂上的碳发 生反应C+2H2O→CO2↑+2H2↑,使催化剂获得再生，延长了 催化剂的寿命。 3、空速 高空速可减少副反应，提高反应选择性 ，但转化率不高，原 料气需循环利用，增加了能耗，因此需综合考虑，选择最佳 空速。
乙烯脱氢反应器的选型
第二组：周晓晓 万薇薇 蔡霞 韩佳
单永雯 陈勇
王雪艳 吴洋洋
乙苯脱氢反应的反应原理及其工业化方法
反应原理：以乙苯为原料，按1.3~1.8水比加入过热水蒸 汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化 剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反应生 成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。 主反应：
乙苯脱氢反应实验报告
乙苯脱氢反应实验报告乙苯脱氢制苯乙烯实验报告乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的(1)了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作;(2)掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
(3)掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
(4)掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下:主反应C6H5C2H56H5C2H3 + H2副反应C6H5C2H56 + C2H4C2H4 + H2H6C6H5C2H5 + H2H6+ C2H6C6H5C2H56H5,CH3+ CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2 影响因素2.2.1温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，?H00，从平衡常数与温度的关系式?H0??lnKP?可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡???2?TRT??P转化率。
但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 压力的影响?P?乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式KP?Kn?总?可??ni???知，当?γ0时，降低总压P总可使Kn增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为:水:乙苯,1.2,2.6:1(质量比)。
2.2.3 空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本-1实验乙苯的液空速以0.6,1h为宜。
乙苯脱氢实验
乙苯脱氢实验摘要苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，主要用于生产聚苯乙烯，也可用于制备丁苯橡胶、苯乙烯一顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酯等。
乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，采用的催化剂主要是Fe-K系催化剂，其中Fe2O3。
是活性组分、K2O是活性促进剂，K2O的引入使铁系催化剂的活性有了显著提高，可以在较低的水比下应用，但K2O含量过高存在着钾的流失问题。
.为了解决催化剂在使用过程中存在的问题，作者采用固定床反应器，以自制的高铁低钾氧化铁为催化剂，考察反应温度、进料比和催化剂活性对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响，确定了最佳的工艺条件。
乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的主要组分是铁和钾。
在新鲜催化剂中,铁和钾形成铁钾化合物,最稳定的结构为KFe11O17(或K2Fe22O34).添加铈、钼、镁等，改善催化活性，提高反应产率。
关键词：乙苯脱氢，催化剂，铁化合物AbstractStyrene (SM) is the production of plastics and synthetic rubber in im portant basic organic raw materials, mainly for the production of polysty rene, can also be used for the preparation of a styrene-butadiene rubber, maleate-styrene block copolymers, unsaturated polyester, etc. Ethylben zene catalytic dehydrogenation method is by far the major domestic and foreign production of styrene, used catalyst methodology mainly Fe-K c atalysts, Fe2O3. Is the active component, K2O is active promoters, K2O i ntroduction to iron-based catalyst's activity has been significantly impro ved, can lower water ratios apply, K2O content too high potassium loss exists.. in order to solve the catalyst in the use process problems, the au thor takes a fixed bed reactor to self-made iron and low potassium oxide as a catalyst, visit reaction temperature, feed ratio and catalyst activityon Ethylbenzene conversion rate, the selectivity of polystyrene and styr ene yield, determine the best process conditions.• Keywords: Ethylbenzene; catalyst;iron compound;一、实验目的1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，利用固定床反应器装置制备苯乙烯的过程。
乙苯脱氢绝热式反应器的计算
乙苯脱氢绝热式反应器的计算
乙苯脱氢绝热式反应器是将乙苯和过氧化氢结合，并在恒定温度条件下经过一系列反应而产生一种有机衍生物的重要装置。
它主要用于高效、低污染、无二次污染的乙苯脱氢反应，是有机合成中一种重要的装置。
此外，乙苯脱氢反应也是精细化工领域中非常重要的一种反应，它可以解决高温、高压、高活性物质存在的问题，从而达到节能、节材、绿色的目的。
乙苯脱氢绝热式反应器的计算分为三个部分：反应器的尺寸计算、反应器的结构计算以及反应器的热力学计算。
1、反应器的尺寸计算。
在计算反应器尺寸时，应根据反应物的质量流量、反应物的浓度和反应器内部的物料均匀性等因素进行计算，以确定反应器的大小。
2、反应器的结构计算。
在计算反应器的结构时，应根据反应器的大小、加热方式、冷却方式等因素，结合乙苯脱氢反应的特点，分析反应器的结构和工作原理，以找出最优的结构组合。
3、反应器的热力学计算。
在计算反应器的热力学时，应根据反应物的温度、压力、质量流量和反应器内部的物
料均匀性等因素，对反应器内部的热力学状态进行充分分析，以确保反应器的热力学稳定。
以上三个部分的计算都是乙苯脱氢绝热式反应器设计过程中必不可少的步骤，它们可以帮助我们更好地理解乙苯脱氢反应器的工作原理，从而有效地控制反应器的运行状态，保证反应器的高效节能，节材，绿色化。
A0202-乙苯脱氢反应器的计算第五组解析
空隙体积 床层体积 颗粒体积 床层体积 床层体积
2、影响空隙率的因素
颗粒形状、颗粒粒度分布、颗粒表面粗糙度、充填方式、 颗粒直径与容器直径之比等
影响因素 颗粒形状 颗粒装填方式 颗粒的粒度分布 颗粒表面的粗糙度 越接近球形 越紧密 越不均匀 越光滑
ε 越小 越小 越小 越小
3、壁效应
3、催化剂性能与标志
1)活性：催化剂的活性是指催化剂改变反应速率的能力，即 加快反应速率的程度 a、比活性：大多数情况下，催化剂的表面积越大，催化活 性越高，因此，可用单位表面积上的反应速率即比活性来表 示活性大小。 b、转化率：用转化率表示催化剂的活性，是在一定反应时 间、反应温度和反应物料配比的条件下进行比较的 c、空时收率：空时收率是指单位时间内单位催化剂（单位 体积或单位质量）上生成目标产物的数量，常表示为：目的 产物千克数/[立方米（或千克）催化剂*小时]这个量直接给 出生产力。
2）选择性:催化剂的选择性是指催化剂促使反应向所 要求的方向进行而得到目的产物的能力。
生成的产物所消耗的原料量 选择性 100% 参加反应所消耗的原料量
3）使用寿命
使用寿命：指催化剂在反应条件下具有活性的使用时 间，或活性下降经再生而有恢复的累计使用时间 寿命曲线→三个时间段 成熟期 稳定期 衰老期
一、空隙率
ε径向 分布并不均 匀，贴壁处 最大，离壁 1～2 dp处 ε较大，而 中心处空隙 率较小。
由于器壁的存在对ε分布造成的这种影响及由此造 成对流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。 壁效应产生出床层径向截面上流速、温度及反应速率 都不均匀，恶化了反应器的操作性能。 dt/dp越大，壁效应的影响越小，一般工程上认为当 达8时，可不计壁效应。但是当dt/dp<8时，必须考虑壁 效应的影响。 举例：管式催化床内直径一般为25-40mm，而催化剂颗粒 直径一般为5-8mm，即管径与催化剂颗粒直径比相当小， 此时壁效应对床层中径向空隙率分布和径向流速分布及 催化反应性能的影响必须考虑。
乙苯脱氢反应器体积计算
乙苯脱氢反应涉及气体、液体和固体， 各相态的物理化学性质对反应器体积计
算有直接影响。
催化剂性能
催化剂的活性、选择性和寿命对反应 器的体积计算有重要影响。
反应条件
温度、压力、空速等反应条件的变化 会导致反应速率和产物分布的改变， 进而影响反应器体积。
设备结构和布局
反应器的内部结构、传热传质效率以 及设备布局等因素也会影响体积计算。
为了更好地理解和优化乙苯脱氢反 应过程，需要对反应机理进行深入 研究，包括反应动力学、催化剂失 活机制等方面。
开发新型催化剂
针对现有催化剂存在的活性低、选 择性差等问题，开发新型高效催化 剂是未来的重要研究方向之一。
强化传热传质研究
乙苯脱氢反应是一个强放热过程， 强化传热传质对于提高反应器的效 率和稳定性具有重要意义，因此需
关键参数影响
分析了温度、压力、空速等关键 参数对反应器体积的影响，结果 表明这些参数的变化均会对反应 器体积产生显著影响。
结果合理性评估
评估依据
根据乙苯脱氢反应的特点和工业生产 要求，对计算结果的合理性进行了评 估。
合理性判断
计算得到的反应器体积在合理范围内 ，能够满足工业生产的需求。同时， 关键参数的选择也符合实际生产条件 ，进一步验证了计算结果的合理性。
与其他方法或实验结果的比较
与文献值比较
将计算结果与文献报道的实验值进行了比较，发现二者基本一致，说明本计算 方法具有较高的准确性。
与其他方法比较
与其他计算方法相比，本方法在计算精度、计算速度等方面均表现出一定的优 势，且更适用于实际工业生产中的乙苯脱氢反应器体积计算。
05 影响因素及优化建议
影响体积计算准确性的因素
反应器体积的计算
设计计算出间歇反应器的体积。
例1 某厂以己二酸与己二醇等摩尔缩聚反应生产 醇酸树脂。用间歇反应器，反应温度70℃，催化剂为 H2SO4。已知：cA0=4 kmol·m-3；反应动力学方程为：
rA kcA2
k 1.97 103 m3·kmol-1·min1
若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时 间为1h，反应器装填系数为0.75，求：
二、建立动力学方程的方法
动力学方程表现的是化学反应速率与反应 物温度、浓度之间的关系。而建立一个动力学 方程，就是要通过实验数据回归出上述关系。
对于一些相对简单的动力学关系，如简单 级数反应，在等温条件下，回归可以由简单计 算手工进行。
1. 积分法——适用于整数级的简单级数反应
⑴ 先假设一个不可逆反应动力学方程，如 (-rA)=kf‘ (cA)，经过积分运算后得到：f(cA)=kt的 关系式。
rC
1 V
dnC dt
mol.m 3s1
必有：
rA
1 2
rB
1 3
rC
1 4
rD
5. 化学反应动力学方程
⑴ 对于体系中只进行一个不可逆反应的
过程： aA bB rR sS
rA kccAmcBn
mol m3s1
式中： cA，cB：A，B组分的浓度 m； kc为以浓度表示的反应速率常数，随反应级 数的不同有不同的因次。kc是温度的函数， 在一般工业精度上，符合阿累尼乌斯关系。
热要求很高。 ⑵ 绝热反应器，反应器与外界没有热量交换，
全部反应热效应使物料升温或降温。 ⑶ 非等温、非绝热反应器，与外界有热量交换，
乙苯气固相催化脱氢反应实验
13. 分析完后，将温度都设置成30℃，将量程设为0， 待温度都降到80℃以下时，关闭电源开关，再关闭 载气。
实验数据记录
1. 在实验中，应每隔一定时间记录反应器和预热器 加热温度、催化剂床层温度。如有必要，也可以 轻轻拉动反应器内的测温热电偶，测定催化剂床 层的温度分布。
2. 讨论反应温度变化对反应平衡常数的影响，反应 动力学常数变化的影响，并作图讨论。
3. 讨论温度对反应平衡常数影响,温度对反应活化能 影响。
1. 在反应器底部放入少量岩棉，然后放入10～ 20cm高的瓷环，准确量取瓷环高度并记录，瓷环 应预先在稀盐酸中浸泡，并经过水洗、高温烧结， 以除去催化活性。
2. 用量筒量取20ml催化剂，然后用天平称量出催化 剂重量，并记录。
3. 将称好的催化剂缓慢加入到反应器中，并轻微震 动，然后记录催化剂高度，确定催化剂在反应器 内的填装高度。
- H1 -120679- 4.56T(J mol)
(4)
- H 2 -108750 7.95T(J mol)
(5)
- H3 -53145 13.18T(J mol)
(6)
主反应乙苯脱氢的化学平衡方程可以用下式来表示：
lnKp 19.67 -1.537 *10 4 T -0.5223lnT
(7)
8. 每个温度反应30～60min，可以由每组学 生自己确定。然后取下玻璃瓶，用分液漏
实验步骤
10. 检查色谱仪是否完好。
11. 将色谱仪的载气H2打开，待表压达到0.3MPa时， 打开色谱仪电源，设置参数。柱温100℃，进样器 温度160℃，检测器温度180℃。待设定温度达到以 后，调节基线，使其平稳。
(4) 学习气体在线分析的方法和定性、定量分 析，学习如何手动进样分析液体成分。了解 气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使
年产16万吨乙苯脱氢制苯乙烯精馏工艺设计(可编辑)
年产16万吨乙苯脱氢制苯乙烯精馏工艺设计第一章绪论1.1原料的主要性质与用途1.1.1乙苯的主要性质乙苯是无色液体,具有芳香气味,可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚,几乎不溶于水,易燃易爆,对皮肤、眼睛、粘膜有刺激性,在空气中最大允许浓度为100PPM。
乙苯侧链易被氧化,氧化产物随氧化剂的强弱及反应条件的不同而异。
在强氧化剂(如高锰酸钾)或催化剂作用下,用空气或氧气氧化,生成苯甲酸;若用缓和氧化剂或温和的反应条件氧化,则生成苯乙酮。
乙苯的其它性质如下表所示:表1 乙苯的相关性质序号常数名称计量单位常数值备注1 分子量106.1672 液体比重0.882 0℃3 沸点℃ 136.2 101325Pa4 熔点℃ -94.4 101325Pa5 液体热容量kJ/(kg K) 1.754 298.15K6 蒸汽热容量Kcal/(kg K) 0.285 27℃7 蒸发热kJ /mol 35.59 正常沸点下8 液体粘度 104kgSee/M2 0.679 20℃9 生成热Kcal/mol 2.98 20℃10 在水中溶解度11 燃烧热Kcal/mol 1101.1 气体12 闪点℃ 1513 自然点℃ 553.014 爆炸范围 %体积2.3~7.41.1.2乙苯的主要用途乙苯是一个重要的中间体,主要用来生产苯乙烯,其次用作溶剂、稀释剂以及用于生产二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等;同时它又是制药工业的主要原料。
1.2 苯乙烯的性质和用途苯乙烯(SM)是含有饱和侧链的一种简单芳烃,是基本有机化工的重要产品之一。
苯乙烯为无色透明液体,常温下具有辛辣香味,易燃。
苯乙烯难溶于水,25℃时其溶解度为0.066%。
苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。
苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/l。
浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。
苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。
苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物,其爆炸范围为1.1~6.01%(体积分数)。
实验讲义-乙苯脱氢制备苯乙烯
实验十三乙苯脱氢制备苯乙烯一、实验目的1.了解以乙苯为原料，使用氧化铁系催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。
2.学会稳定工艺操作条件的方法。
3.掌握乙苯脱氢制苯乙烯的转化率、选择性、收率与反应温度之间的关系；找出最适宜的反应温度区域。
4.学会使用温度控制和流量控制的一般仪表、仪器。
5.了解气相色谱分析及使用方法。
二、实验内容了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。
学会使用温度控制和流量控制的一般仪表、仪器。
测定不同温度下乙苯脱氢反应的转化率、苯乙烯的选择性和收率，考察温度对乙苯脱氢反应转化率、苯乙烯选择性和收率的影响。
三、基本原理1.本实验的主副反应主反应：副反应：在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油等。
这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦导致活性下降。
2.影响本反应的因素（1）温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，∆H o＞0，从平衡常数与温度的关系式20ln RT H T K pp ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。
但是温度过高使得副反应增加，导致苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。
本实验的反应温度范围为：540~600℃。
（2）压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，降低总压P 总可增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。
本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高乙苯的平衡转化率。
较适宜的水蒸气用量为：水﹕乙苯＝1.5﹕1(体积比)或8﹕1(摩尔比)。
（3）空速的影响乙苯脱氢反应系统中有平行副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也随之增加，苯乙烯的选择性下降，故需采用较高的空速，以提高选择性。
适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h -1为宜。
3.催化剂本实验采用以Fe 、K 为主要活性组分，添加少量的I A 、ⅡA 、I B 族氧化物为助剂的GS-08催化剂。
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As——与非球形颗粒等体积圆球的外表面积 m2
As / Ap 2 As dv
s 1 对于球形颗粒， 对于非球形颗粒， s< 1 形状系数说明了颗粒与圆球的差异程度。 3 关系如下：
ds sdv s 2 da
2、混合颗粒的平均直径及形状系数 n 算术平均直径： d x d
经实验测定，摩擦系数与雷诺数的关系：
fm 150 1.75 Re M
则：ΔP=ΔP1+ ΔP2 2 uOG L0 (1 ) 2 uOG L0 (1 ) f f = 150 2 1 . 75 3 3
dS
dS
当 ReM
d s f uOG
f
1 10 1
时：ΔP=ΔP1
当ReM>103时：ΔP=ΔP2 设计要求：ΔP≤15% 降低压降的方法：降低流速、增大空隙率、减小床层高 度、增加催化剂颗粒直径等。
6、气固相催化反应速率的表示 反应量 反应速率 (反应区域)(反应时间) 上式中的反应区域，气固相催化反应有几种选择： (1)选用催化剂体积，反应速率单位为 kmol/(m3催化剂.h) (2)选用催化剂质量，反应速率单位为 kmol/(kg催化剂.h) (3)选用催化剂堆积体积，即反应器中催化剂床层体积，反应 速率单位为 kmol/(m3床层.h) 速率控制步骤：某一步骤的速率与其他各步的速率相比 要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的速率。（外 扩散控制、内扩散控制、表面过程控制） 当反应过程达到定态时，各步骤的速率应该相等，且反 应过程的速率等于控制步骤的速率。
当η≈1时，反应过程为动力学控制； 当η＜1时，反应过程为内扩散控制。 实际生产中采用的催化剂，其有效系数为0.01～1。可 通过实验测定。 内扩散对反应的影响：影响反应速率、影响复杂反应的 选择性。 改善内扩散影响的措施：制造孔径较大的催化剂、改变 催化剂工程结构 （3）、床层内的混合扩散 流体流经固定床时径向、轴向混合同时存在。 当反应器长度和催化剂粒径之比大于100时，轴向混合影 响可忽略不计。
b 1s
（2）、 影响空隙率的因素
颗粒形状 颗粒装填方式 颗粒的粒度分布 颗粒表面的粗糙度 越接近球形 越紧密 越不均匀 越光滑 ε 越小 越小 越小 越小
(3)床层空隙率沿径向的分布 器壁对ε分布的这种影响及由此造成对流体流动、传质 和传热的影响，称为壁效应。 壁效应产生出床层径向截面上流速、温度及反应速率 都不均匀，恶化了反应器的操作性能。 dt/dp越大，壁效应的影响越小，一般当达8时，可不计 壁效应。 4、流体在固定床中流动的特性 在床层径向，空隙率分布的不均匀造成了流速分布不均 匀（不同于空管）。 流速的不均匀造成物料停留时间和传热情况不均匀性， 最终影响反应结果。 流体在流动过程中由于本身的湍流、对颗粒的撞击、绕 行及孔道的缩小或扩大，使得流体不断分散和汇合。而这 种混合扩散现象并非各向同性，从而造成径向、轴向混合 同时存在。
d pG dp t dt 3.5 exp 4.6 f d f t
0.7
三、固定床反应器的工艺计算
设计方法 经验法：用实验室、中间试验装置或工厂现有装置中最佳条 件测得的数据，如空速、催化剂的空时收率及催化剂的负 荷等作为设计依据，按规定的生产能力计算并确定催化剂 的用量、床高、床径等的计算。该法简单，但精确度较差 。 数学模型法：根据反应动力学可分为非均相与拟均相两类； 根据催化床中温度分布可分为一维模型和二维模型；根据 流体的流动状况又可分为理想流动模型（包括理想置换和 理想混合流动模型）和非理想流动模型。
VR VR H u0 At V0
绝热时：
D
4 At
（3）、传热面积的计算与校核。 A=
Q Kt m
≥A需
（4）、床层压力降的计算与校核。
2、固定床反应器中的传热 （1）、传热速率方程式 dQ= αt (Tm-Tw)dA= αt dt(Tm-Tw)dl 床层被加热时：（吸热反应）
t dt f
d pG 0.813 f
0.9
dp exp 6 d t
床层被冷却时：（放热反应）
乙苯脱氢反应器体积的计算
汇报人：万薇薇
第二组：万薇薇 周晓晓 单永雯 蔡霞 王雪艳
韩佳 陈勇 吴洋洋
一、固定床反应器内的流体流动
1、催化剂颗粒的直径和形状系数 定义：在化学反应中能改变反应速度而本身的组成和重量在 反应前后保持不变的物质。 由于催化剂有各种形状，习惯上常用与球形颗粒作对比的当 量直径表示，形状系数为 s 通常有下面三种当量直径： （1）、体积相当直径dv
Vp——非球形颗粒的体积 m3
dv (6v p / )
（2）、面积相当直径da
1 3
Ap——非球形颗粒的外表面积 m2
da ( Ap / )
1 2
（3）、比表面积相当直径ds 6 6Vp ds ds Ap 在固定床的流体力学研究中，非球形颗粒的直径常常 采用体积相当直径。在传热传质的研究中，常常采用面积 相当直径。 （4）、形状系数 非球形颗粒的外表面积一定大于等体积的圆球的外表 面积。
5、流体流过固定床层的压力降 压力降产生原因： （1）摩擦阻力：由于流体与颗粒表面之间的摩 擦产生。 （2）局部阻力：流体在孔道内的收缩、扩大 及再分布所引起的。 低流速时，摩擦阻力为主； 高流速及薄床层中流动时，以局部阻力为 主。 固定床的压力降可表示为：
2 f u0 1 p fm 3 L ds
固定床反应器的工艺计算内容（经验法） （1）、催化剂用量的计算。 空速Sv：单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料的标 准体积流量 V0 N SV VR 接触时间τc：反应条件下，气体通过催化剂床层中自由空间 所需要的时间。 VR C 3
V0 T 101.3 10 1 SV 273 P 3600
i 1
Wi
i
n xW di di
在固定床和流化床的流体力学计算中，用调和平均直径 较为符合实验数据
3、床层空隙率及径向流速分布 空隙率是床层的重要特性之一，对流体通过床层的压力 降、床层的有效导热系数等都有重大的影响。 （1）、定义 : 催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总 体积之比。
式中：V0：反应条件下气体的体积流量。 空时收率Sw：单位质量或体积的催化剂在单位时间内所获得 的目的产物量。
SW
WG WS
催化剂的负荷SG：单位质量的催化剂在单位时间内通过化 学反应所消耗的原料量。
SG
（2）、反应器高度和直径的计算。 根据经验取u0→At→ΔP校核
At V0 u0
WW WS
二、固定床反应器内的传质与传热
1、固定床反应器中的传质
（1）、外扩散过程 固定床一般都在较高流速下操作，主流体与催化剂外 表面之间的压差很小，因此，外扩散的影响可以忽略。 （2）、内扩散过程 催化剂微孔内的扩散对反应速率影响很大。反应物进 入微孔后，边扩散边反应。扩散速率与反应速率的大小， 进行如下方法判别。 a、催化剂有效系数进行判别