表14 E-101换热器进出口温度
热流体 冷流体(乙苯)
Δt
换热器热端(℃)
560 550 10
换热器冷端(℃)
440 380 60
由物性参数可知，E-101换热器中冷热流体温度均在沸点之上，即为两气相换热，无相变化。现换热器选型如下：
类型 ： 固定管板式换热器 流动型式： 逆流操作
反应器出料蒸汽走壳程 乙苯物料走管程
流速： 管程 ui?5m/s 壳程 uo?2m/s 查《化工原理课程设计》：
表15 换热器常用流速范围
管程流速m/s 壳程m/s
循环水 1 ~ 2 0.5 ~ 1.5
一般液体 0.5 ~ 3 0.2 ~1.5
低粘度油 0.8 ~ 1.8 0.4 ~ 1.0
高粘度由 0.5 ~ 1.5 0.3 ~ 0.8
气体 5 ~ 30 2 ~ 15
表16 列管式换热器易燃、易爆液体和气体允许安全流速
流体 流速m/s
乙醚、苯、CO2 甲醇、乙醇、汽油
< 1
< 2 ~ 3
丙酮 < 10
氢气 ≤ 8
① 热容的计算
定性温度，取流体进出口温度的平均值则：
壳程出料蒸汽定性温度 ：T?(560?440)2?500℃ 管程流体定性温度： t?(380?55)02?46℃5 查《化学工程手册》，得相关的数据和公式: Cp=A+BT+CT2+DT3
表17 某些低压气态（理想）有机化合物恒压热容系数
? J/(mol.k) CP组分编号 A B C D
500k
1000k 312.84 284.18
乙苯1 苯乙烯2
-43.087 -36.914
706.761E?3 -481.035E?6 130.114E?9 665.256E?3 -485.051E?6 140.879E?9
206.48 192.21
甲苯3 苯4
-43.647 -43.781
603.542E?3 -399.451E?6 104.382E?9 523.293E?3 -376.267E?6 106.613E?9
171.46 137.24
264.93 209.87
注：1Kcal?(Kmol?℃)-1?4.186KJ(Kmol?K)
将参数带入公式计算得 乙苯
CP1??43.087?706.761?103?773-481.035?10-6?7732?130.114?10-9?7733 = -43.087+546.3-287.4+60.10 = 275.91 Jmol?K
= 65.913 KcalKmol?K 苯乙烯
CP2??36.914?665.256?10?3?773?485.051?10?6?7732?140.879?10?9?7733 =?36.914?514.243?289.832?65.07 = 252.567 Jmol?K = 60.336KcalKmol?K 甲苯
CP3??43.647?603.542?10?3?773?399.451?10?6?7732?104.382?10?9?7733 = ?43.647?466.532?238.684?48.23 = 232,436Jmol?K = 55.527KcalKmol?K 苯
CP4??43.781?523.293?10?3?773?376.267?10?6?7732?106.13?10?9?7733 =?43.781?404.505?224.83?49.02 = 184.914Jmol?K = 44.174KcalKmol?K 平均恒压摩尔热容CP:
CP??xi?CPi?0.425?65.913?0.543?60.336?0.015?55.527?0.017?44.174 = 62.36KcalKmol?K 平均摩尔质量M:
M??xi?Mi?0.425?106?0.543?104?0.015?92?0.017?78 = 104.5KgKmol
故CP0=62.36÷104.5×4.186=2.49KJh?℃ ② △tm的求取
tm=
?t1??t2(560?550)?(440?380)??27.9℃
?t1(560?550)lnln(440?380)?t2③ 求热负荷
∵Q?qm0?CP0??t0
= （100+260）×124.4×2.49×（580－440）
=1.56?107KJh ④ 蒸汽用量
∵Q???m汽
查《化学工程手册—1》8公斤整齐的汽化潜热γ为489kcal/kg ∴m汽?1.56?107?489?4.186?7261.08Kgh ⑤ 换热面积
∵Q=KAΔt
查《化工原理》得470℃（定性温度）甲苯，苯蒸汽粘度
?甲苯?0.0179mp?s ?苯?0.0193mp?s
由相识结果推测，?乙苯?10-5mp
查《化工原理课程设计》，P64 表2-6，选取总传热系数K?400w(m2?k) ∴换热面积 A?Q/K?t?380.8m2
考虑15%的换热裕度，则实际换热面积A实?1.15A?437.9m2 ⑵ 第二预热器E-102
设热物料的进口温度T1=440℃, 出口温度T2=300℃ 乙苯的进口温度T1=200℃ , 出口温度T2=380℃
表18 E-102换热器进出口温度
热流体 冷流体(乙苯)
Δt
换热器热端(℃)
440 380 60
换热器冷端(℃)
300 200 100
① 热容的计算
定性温度，取流体进出口温度的平均值则：
壳程出料蒸汽定性温度 ：T?(300?440)2?370℃ 管程流体定性温度： t?(380?20)02?29℃0
由E-101到E-102均为两蒸汽换热，可视流体物性数据基本保持不变
?0?CP0?2.49KJh?℃ 则CP② △tm的求取
tm=
?t1??t2（300-200）（-440-380）??78.4℃
?t1（300-200）lnln（440-380）?t2③ 求热负荷
?0??t0Ms ∵Q?qm0?CP∴Q = （100+260）×124.4×2.49×（580－440）
=1.56?107KJh
④ 蒸汽用量
∵Q???m汽
查《化学工程手册—1》8公斤整齐的汽化潜热γ为489kcal/kg ∴m汽?1.56?107?489?4.186?7261.08Kgh ⑤ 换热面积
∵Q=KAΔt
查《化工原理课程设计》，P64 表2-6，选取总传热系数K?400w(m2?k) ∴A=Q/ KΔt=135.5m2
考虑15%的换热裕度，则实际换热面积A实?1.15A?155.9m2 3.3.2 反应器的能量衡算 (1) 各物质 CP?F(T)
查《化工热力学》，计算公式：CP/R?A?BT?CT2 (KJ/kmol ?K)
表19
序号
1 2 3 4 5 物质名称 甲烷 乙烯 苯乙烯 苯 甲苯 A 1.702 1.424 2.050 0.206 0.290
B×103 9.081 14.394 50.192 39.064 47.052 C×106 -2.164 -4.392 -16.662 -13.310 -15.716
查《化工计算》，CP?a?b?10-2T?c?10-5T2 ?d?10-9T3 (KJ/kmol ?K)
表20
序号 1 2
物质名称 乙苯 氢气
a -8.398 6.953
b 15.935 -0.046
c -10.003 0.096
d 23.95 -0.21
查汽化潜热表
表21 汽化潜热
名称 数值 甲苯 37.99 乙苯 42.26
苯 33.85 苯乙烯 40.830
各物质Hfi( KJ/mol)
表22 各物质
Hfi ( KJ/mol)
名称 甲烷 -74.85
乙烯 52.26
苯乙烯 103.9
苯 82.9
甲苯 50.00
乙苯 25.79
氢气 0
Hfi
(2) 反应器的能量衡算
带入反应器的热量(以25℃为基准) ① 蒸汽带入
Q1?m?(h1-h0) ② 反应物带入
Q2??H1??HV
由设计要求知：T1=560℃，故取T=(T1+T2)/2+273.15=600.65K，根据物质Cp表可计算：
KJ/kmol ?K) 乙苯： CP? a?b?10-2T?c?10-5T2 ?d?10-9T3?236.0(4苯乙烯：CP? a?b?10-2T?c?10-5T2?d?10-9T3?217.714 (KJ/kmol ?K)
KJ/kmol ?K) 甲苯： CP? a?b?10-2T?c?10-5T2 ?d?10-9T3?190.2(3 (KJ/kmol ?K) CP???yi?CPi?235.971??H??106 (KJ/h) V??ni?Hvi?3.987?H1? n反应物?CP?(T-T0)? ?niH??107 (KJ/h) Vi?1.746③ 带出反应器热量
反应吸收热量：Q吸??HR?
乙苯脱氢反应在装有铁系催化剂的固定床反应器中进行，反应方程为： 主反应方程式：
C2H5
CHCH2H2 (a)
副反应方程：
C2H5H2C2H6(b)
C2H5H2CH3CH4(c)
由各物质ΔHf列表可得：
KJ/mol 对于(a)反应：?HR?1?103.9-25.79?78.11 KJ/mol 对于(b)反应：?HR?2?82.9?52.26-25.79?109.37