年產(chǎn)25萬(wàn)噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)(共52頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目年產(chǎn)25萬(wàn)噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)教學(xué)院系專業(yè)年級(jí)指導(dǎo)教師單 位輔導(dǎo)教師單 位完成日期2011年06月10日摘要本文設(shè)計(jì)主要以年產(chǎn)25萬(wàn)噸苯乙烯為生產(chǎn)目標(biāo)，針對(duì)苯乙烯和乙苯的混合物的分離。進(jìn)料組成：60%；塔底產(chǎn)品組成98%；塔頂產(chǎn)品組成2%；常壓，泡點(diǎn)進(jìn)料，篩板塔，冷卻劑與蒸汽自選合適條件。操作條件：年工作300天，每天24小時(shí)，總工作時(shí)間為24×300=7200小時(shí)；設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和要求：（1） 完成塔設(shè)備主體部分的物料衡算、熱量衡算與主要設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算；（2）畫出塔設(shè)備裝配圖；（3） 畫出帶控制點(diǎn)的下藝流程圖。關(guān)鍵詞：乙苯，苯乙

2、烯，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)計(jì)。專心-專注-專業(yè)AbstractThis paper introduces the design mainly with annual capacity of tons of styrene as production goals, styrene and the mixture of ethyl benzene in separation. Incoming material composition: 60%; > 98% of the bottom and the products; Top product component < 2%; At

3、mospheric pressure and bubble point feeding, sieve plate tower, the coolant and steam customize suitable conditions. Operating conditions: years work 300 days, 24 hours a day, total working time for 24×300 = 7200 hours; The basic design content and requirements: (1) complete tower of material b

4、alance in the main part of the equipment is, heat balance calculations and major equipment design calculation; (2) draw tower assembly equipment; (3) draw with the control points under the flow chart of art. Keywords: ethyl benzene, styrene, material calculation, heat balance calculations, process d

5、esign.目錄1 緒論苯乙烯(SM)是一種重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯(PS)樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物樹脂(SAN)、丁苯橡膠(SBR)和丁苯膠SL(SBR膠乳)、離子交換樹脂、不飽和聚酯以及苯乙烯系熱塑性彈性體(如SBS)等。此外，還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)，用途十分廣泛1,2。1.1 乙苯的性質(zhì)與用途（1）乙苯的主要性質(zhì) 乙苯是無(wú)色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不溶于水，易燃易爆，對(duì)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

6、不同而異。在強(qiáng)氧化劑（如高錳酸鉀）或催化劑作用下，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3,5。 乙苯的其它性質(zhì)如下表1-1所示：表1-1 乙苯的基本性質(zhì)序號(hào)常數(shù)名稱計(jì)量單位常數(shù)值備注1分子量106.1672液體比重0.88203沸點(diǎn)136.2Pa4熔點(diǎn)-94.4Pa5液體熱容量kJ/（kg K）1.754298.15K6蒸汽熱容量Kcal/（kg K）0.285277蒸發(fā)熱kJ /mol35.59正常沸點(diǎn)下8液體粘度104kgSee/M20.679209生成熱Kcal/mol2.982010燃燒熱Kcal/mol1101.1氣體11閃點(diǎn)1512自然點(diǎn)5

7、53.013爆炸范圍%(體積)2.37.4（2）乙苯的主要用途 乙苯是一個(gè)重要的中間體，主要用來(lái)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、乙基蒽醌等；同時(shí)它又是制藥工業(yè)的主要原料。 1.2 苯乙烯精餾操作條件(1)操作壓力本精餾設(shè)計(jì)的操作壓力為常壓，在工業(yè)上苯乙烯一乙苯物系的精餾，需采用減壓精餾，但是在我們?cè)O(shè)計(jì)操作中可以用常壓精餾，常壓精餾簡(jiǎn)單而方便。(2)進(jìn)料方式本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，這是為了精餾塔本身的操作方便，可以不受外界干擾，便于操作，進(jìn)料狀態(tài)在設(shè)計(jì)中是一個(gè)很重要的參數(shù)。它直接影響了進(jìn)料方程，而且也影響全塔的熱量衡算，所以對(duì)它的確定十分重要。(3) 塔釜加熱方式選擇采用

8、列管式換熱器作為再沸器進(jìn)行間接加熱，加熱介質(zhì)多采用水蒸氣，因?yàn)檎婵瞻踩⑶乙子谡{(diào)節(jié)。(4)塔頂冷凝方式選擇采用列管式換熱器作為全凝器進(jìn)行冷凝，冷卻介質(zhì)為冷卻水，但是在操作條件及流程安排中，從經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮，本設(shè)計(jì)流程中原料溫度較低，塔頂蒸汽溫度較高，則可以考慮用塔頂蒸汽加熱原料，因而可以省去水蒸汽和冷卻水。1.3 各種苯乙烯的生產(chǎn)工藝及比較目前苯乙烯主要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過(guò)如下四條工藝路線進(jìn)行。 (1)苯乙酮法 較早采用苯乙酮法生產(chǎn)苯乙烯，其步驟主要分為氧化、還原和脫水三步，方程式如下： 該法苯乙烯產(chǎn)率為7580%，略低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率，但中間副產(chǎn)物苯乙酮產(chǎn)值較高，苯乙烯的精制分離較

9、容易。故此法在國(guó)外仍有采用。 (2)乙苯和丙烯共氧化法 本法首先在堿性催化劑作用下，使乙苯液相氧化成過(guò)氧化氫乙苯，然后與丙烯進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，乙苯過(guò)氧化物則變?yōu)楸揭掖迹俳?jīng)脫水得到苯乙烯，即： 本過(guò)程以乙苯計(jì)的苯乙烯產(chǎn)率約為65%，低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率。但它還能生產(chǎn)重要的有機(jī)化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價(jià)值，故目前國(guó)外也有采用此法生產(chǎn)的。 (3)乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫法是目前尚處于研究階段生產(chǎn)苯乙烯的方法。在催化劑和過(guò)熱蒸汽的存在下進(jìn)行氧化脫氫反應(yīng)的，即： 此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以利用氧化反應(yīng)放出的熱量產(chǎn)生蒸汽，反應(yīng)溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類

10、較多，如氧化鎘，氧化鍺，鎢、鉻、鈮、鉀、鋰等混合氧化物，鉬酸銨、硫化鉬及載在氧化鎂上的鈷、鉬等。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。 (4)乙苯催化脫氫法 這是目前生產(chǎn)苯乙烯的主要方法，目前世界上大約90%的苯乙烯采用該方法生產(chǎn)。它以乙苯為原料，在催化劑的作用下脫氫生成苯乙烯和氫氣。反應(yīng)方程式如下： 同時(shí)還有副反應(yīng)發(fā)生，如裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng)： 高溫裂解生碳： 在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)： 此外還有高分子化合物的聚合反應(yīng)，如聚苯乙烯、對(duì)稱二苯乙烯的衍生物等。1.4 世界苯乙烯的生產(chǎn)與發(fā)展 1.4.1 生產(chǎn)情況由于聚苯乙烯和ABS樹脂等苯乙烯下游產(chǎn)品

11、消費(fèi)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，近年來(lái)世界苯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快4。1999年世界苯乙烯的生產(chǎn)能力為2169.8萬(wàn)t，2001年達(dá)到2359.8萬(wàn)t，2002年進(jìn)一步增力到2388.3萬(wàn)t，2003年全球苯乙烯的總生產(chǎn)能力約為2463.1萬(wàn)t，產(chǎn)量約為2300.0萬(wàn)t，其中北美南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為742.7萬(wàn)ta，約占世界苯乙烯總生產(chǎn)能力的30.2；歐洲地區(qū)的生產(chǎn)能力為640.1萬(wàn)ta，約占世界總生產(chǎn)能力的26.0；中東地區(qū)的生產(chǎn)能力為119.5萬(wàn)ta，約占世界總生產(chǎn)能力的4.9；亞洲地區(qū)的生產(chǎn)能力為960.8萬(wàn)t，約占世界總生產(chǎn)能力的39.0。今后幾年，隨著中國(guó)和沙特阿拉伯等一大批新苯乙烯生產(chǎn)裝置的建成投產(chǎn)，

12、預(yù)計(jì)到2006年世界苯乙烯的總生產(chǎn)能力將達(dá)到約3000萬(wàn)ta。2003年國(guó)外苯乙烯主要生產(chǎn)廠家情況見表1-2。表1-2 2003年國(guó)外苯乙烯主要生產(chǎn)廠家情況生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力(萬(wàn)噸年)美國(guó)BP公司美國(guó)雪佛龍菲利普斯公司美國(guó)CosMar公司美國(guó)陶氏化學(xué)公司美國(guó)Lynden化學(xué)公司美國(guó)Nova化學(xué)公司美國(guó)Sterling化學(xué)公司美國(guó)Westlake苯乙烯公司加拿大Nova化學(xué)公司加拿大殼牌公司墨西哥Premix公司巴西In nova公司比利時(shí)巴斯夫公司45.486.390.868.1 127.159.977.218.243.043.015.025.050.01.4.2 發(fā)展前景世界苯乙烯主要用于生產(chǎn)

13、聚苯乙烯、ABSSAN樹脂、SBRSBR膠乳、不飽和聚酯5樹脂以及熱塑性彈性體等，2003年的消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：54用于生產(chǎn)聚苯乙烯、12用于生產(chǎn)發(fā)泡聚苯乙烯、16用于生產(chǎn)ABSSAN樹脂、9用于生產(chǎn)SBR橡膠及膠乳、5用于生產(chǎn)不飽和聚酯，4用于生產(chǎn)其它產(chǎn)品。近年來(lái)世界苯乙烯消費(fèi)現(xiàn)狀及需求預(yù)測(cè)情況見表1-3。表1-3 近年來(lái)世界苯乙烯消費(fèi)現(xiàn)狀及需求預(yù)測(cè)情況地區(qū)名稱消費(fèi)量/萬(wàn)t2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年北美/南美歐洲中東亞洲582.4 540.2 569.6 600.1 620.1 635.7 654.1561.2 530.3 556.3 564

14、.2 583.1 605.2 623.734.8 35.1 36.8 37.4 38.3 39.4 40.3920.8 955.3 1028.2 1064.2 1109.1 1160.6 1218.71.5 我國(guó)苯乙烯的發(fā)展前景與現(xiàn)狀1.5.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(guó)苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代中期，自蘭州石油化工公司合成橡膠廠采用傳統(tǒng)的三氯化鋁液相烷基化工藝，建成一套5000ta苯乙烯生產(chǎn)裝置以來(lái)，我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展69。2003年我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)廠家有12家，總生產(chǎn)能力達(dá)到105萬(wàn)t，其中有8套為引進(jìn)生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力合計(jì)為729萬(wàn)ta，約占國(guó)內(nèi)苯乙烯總生產(chǎn)能力的694。揚(yáng)子巴斯

15、夫苯乙烯系列有限公司的145萬(wàn)ta裝置是目前國(guó)內(nèi)最大的苯乙烯生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力約占國(guó)內(nèi)苯乙烯總生產(chǎn)能力的138；其次是吉林石化公司，生產(chǎn)能力為14.0萬(wàn)t，約占國(guó)內(nèi)總生產(chǎn)能力的133。隨著我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)能力的不斷增加，產(chǎn)量也不斷增加。1995年我國(guó)苯乙烯的產(chǎn)量只有2558萬(wàn)t，1998年增加到56.30萬(wàn)t，2000年增加到7638萬(wàn)t，19952000年產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率達(dá)到24.5。2002年我國(guó)苯乙烯的產(chǎn)量進(jìn)一步增加到89.56萬(wàn)t，比2001年增長(zhǎng)13.8，19972002年產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率為18.5。2003年我國(guó)苯乙烯產(chǎn)量達(dá)到94.82萬(wàn)t，比2002年增長(zhǎng)5.87，其中中國(guó)石化集團(tuán)

16、公司的產(chǎn)量為45.20萬(wàn)t，約占總產(chǎn)量的47.67；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的產(chǎn)量為37.89萬(wàn)t，約占總產(chǎn)量的3996。中國(guó)石油吉林石化公司的產(chǎn)量最大，達(dá)到15.98萬(wàn)t，約占我國(guó)苯乙烯總產(chǎn)量的16.85，位居全國(guó)第一；其次是揚(yáng)予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，產(chǎn)量達(dá)到12.34萬(wàn)t，約占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的13.01；再次是中石化茂名石化公司，產(chǎn)量到10.40萬(wàn)t，約占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的1097。1.5.2 發(fā)展前景我國(guó)苯乙烯主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯、ABS樹脂、AS樹脂、不飽和聚酯樹脂、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等。2003年我國(guó)苯乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：54.1用于生產(chǎn)聚苯乙烯；16.4用于生產(chǎn)ABS

17、SAN樹脂；3.1用于生產(chǎn)丁苯橡膠丁苯膠乳；6.9用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂；2.8用于生產(chǎn)苯乙烯系熱塑性彈性體；16.7用于生產(chǎn)農(nóng)藥、醫(yī)藥和離子交換樹脂等其它產(chǎn)品11。2 苯乙烯主要生產(chǎn)工藝說(shuō)明2.1 產(chǎn)品及原料性能2.1.1 苯乙烯 (1)生產(chǎn)規(guī)模本裝置以苯和乙烯為原料，通過(guò)液相烷基化反應(yīng)生產(chǎn)乙苯，然后，乙苯直接催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)苯乙烯25萬(wàn)噸(2)苯乙烯產(chǎn)品化學(xué)名稱：苯乙烯別名：乙烯基苯分子式：C6H5C2H3分子量：104.15 (3)物理，化學(xué)性質(zhì)a物理性質(zhì)外觀：無(wú)色透明芳香性液體沸點(diǎn)：145.15(0.1013MPa)凝固點(diǎn)：-30-63(0.103MPa)閃點(diǎn)：31自燃

18、點(diǎn)(ASTM法)：在空氣中490，在氧氣中450臨界溫度：374臨界壓力：3.94MPa液體比重：0.9060黏度：0.73 (25)熱容：0.1695KJmol比熱：0.00174KJg.(25)燃燒熱：42.1595KJg折光指數(shù)：1.5469與空氣混合的爆炸極限：1.1-6.190(v)聚合熱：6972.2KJmol(25)熔解熱：0.1062KJg汽化潛熱：3703MJmol溶于乙醇和乙醛，不溶與水b化學(xué)性質(zhì)：還原反應(yīng)：部分還原：完全還原：氧化反應(yīng)：加成反應(yīng)： (4)用途苯乙烯是重要的有機(jī)化工原料苯乙烯聚合生產(chǎn)通用級(jí)聚苯乙烯(GPPS)，經(jīng)處理能生成高抗沖聚苯乙烯(HIPS)與丁二烯，

19、丙烯睛三聚生成ABS；與丙烯睛共聚聲稱SAN，與丁二烯共聚生成丁苯橡膠(SBR)。其次在紡織，印染，涂料，農(nóng)藥和醫(yī)藥等方面也有廣泛的用途13。苯乙烯系列樹脂的產(chǎn)量在世界三大合成材料的產(chǎn)量中排名第三，僅次于聚乙烯，聚氯乙烯樹脂。因此隨著對(duì)苯乙烯系列樹脂需求量的日益增加，苯乙烯應(yīng)用將會(huì)更加廣泛10。2.1.2 乙苯分子量：106.17分子式：C6H5C2H5(1)物理性質(zhì)：比重：0.882()閃點(diǎn)：15(蒸汽)臨界溫度：364.1液體熱容量：0.395kcalkg蒸發(fā)潛熱：857kcalkg液體黏度：1041mPa.S燃燒熱：101kcal/克分子爆炸范圍：(體積)1.0-6.7沸點(diǎn)：136.21

20、mPa.S760mrnHg凝固點(diǎn)：-94.41 4C760mmHg臨界壓力：38.1atm(絕壓)蒸汽熱容量：0.285kcalkg蒸汽壓力：7.5mmhg(20)在水中的溶解度：0.01%(1 5)自燃點(diǎn)：553廠房允許濃度：<005mgl(2) 化學(xué)性質(zhì)1)脫氫：2)烴化：3)用途：作為苯乙烯的原料(含水<900ppm)外觀：透明 介質(zhì)酸堿性：中型比重：0.875-088(20) 揮發(fā)度：無(wú)殘?jiān)谐蹋?9-80.6 凝固點(diǎn)：5.42.1.3 二乙苯外觀：無(wú)色透明液體，無(wú)機(jī)械染質(zhì)初沸點(diǎn)：>=175 終沸點(diǎn)：<=185分子量：134.282餾出物體積：>=95 低

21、沸物含量：<=3高沸物含量：<=2 二乙苯含量：<=992.1.4 三乙苯含二乙苯：<=13.73，含三乙苯：>=86.17，焦油：痕量其中苯含量：29.3，甲苯：78.3，乙苯：0.42.1.5 烴化液外觀：淺褐色液體 含苯：55-60含乙苯：>=40；含二乙苯：<=10(wt)；含多乙苯：<=22.1.6 輔料 (1)無(wú)水氯化鋁：外觀：白色或淺黃色粉末；氯化鋁>=985氧化鐵：<=0.1；水中石容物：<一O1；顆粒度：<5mm(2)對(duì)叔丁基鄰苯二酚(TBC)外觀：白色或淺褐色粉末；凝點(diǎn)：50；灰粉：025(wt)Ca和

22、：<=5ppm組成：對(duì)-TBC：>=95；鄰-TBC：<=2；3.5-TBC：<=3對(duì)叔丁基苯酚：<=0.7；其他：<=0.5(wt)(3)T-315觸媒(蘭化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))直徑：3.5mm；長(zhǎng)度：20mm；主要成分：氧化鐵：堆密度：1.03-1.1kgl；分解收率：>88轉(zhuǎn)化率：>46；苯乙烯收率：>49(4)苛性鈉含量：20； NaC03含量：<1(wt)含量：2(wt)；FeC03含量：<0.03(wt)(5)消泡劑：NaC071-D5顏色：暗稻草色；嗅味：微芳香味；比重：862.56kgcm3黏度：13.8厘泊(26.67)

23、；閃點(diǎn)：12668固化點(diǎn)：7.2，對(duì)金屬腐蝕但應(yīng)避免與天然橡膠接觸，有毒，貯藏溫度21為宜。(6)阻聚劑：D劑含量：>=95；：<=0.5；H20：<03熔點(diǎn)：109-111(7)GS-01催化劑形狀：圓柱型：顆粒度：直徑3.0-3.8mm；長(zhǎng)度6-10mm；堆密度：1.3±O.05kgdm3；反應(yīng)溫度：500-600水：乙苯=1.5：1(wt)；乙苯液態(tài)空速：0.61.0h-1(v)乙苯轉(zhuǎn)化率：40-47苯乙烯選擇性：94-96(8)M劑：外觀：棕褐色，粒狀；純度：>=90(wt)含水：<=1(wt)；灰粉<=1(wt)；熔點(diǎn)：>=l 80

24、熱敏性物質(zhì)，低于50存放；使用溫度：<=120分子量：137烷基化(催化劑為氯化鋁)乙苯脫氫：(催化劑為XH-D2或GS-01)2.2 苯乙烯生產(chǎn)原理本裝置采用液相烷基化(烴化)法制取乙苯，然后乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯。液相烷基化法，制取乙苯，是以苯和乙烯為原料，并以無(wú)水三氯化鋁和二乙苯或三乙苯配置成的絡(luò)合物(復(fù)合體)為催化劑，在烴化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行液相烷基化反應(yīng)，其產(chǎn)物烴化液(粗乙苯)，采用精餾的方法，從烴化液中分離出來(lái)乙苯14,15。乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯是裂解吸熱，體積增加的反應(yīng)，此反應(yīng)采用水蒸氣為稀釋劑，降低乙苯分壓使反應(yīng)向生成苯乙烯的方向進(jìn)行，乙苯與水蒸氣混合加熱，在脫氫催化劑作用下，乙

25、苯高溫脫氫制取乙烯，并減壓精餾精制產(chǎn)品苯乙烯。2.2.1 烷基化反應(yīng)（烴化）主反應(yīng)：副反應(yīng)：烷基化反應(yīng)：水解反應(yīng)：中和反應(yīng)：2.2.2 乙苯脫氫反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：2.3 苯乙烯生產(chǎn)流程評(píng)述2.3.1 烴化工段來(lái)自中間倉(cāng)庫(kù)的干苯和來(lái)自乙烯車間的乙烯和苯以0.4-0.5：1的配比，從塔底送入反應(yīng)器。同時(shí)，將配好的催化劑溶液經(jīng)復(fù)合體加料泵加入反應(yīng)器，在此反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行烷基化反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物自烴化反應(yīng)器上部各自流至冷卻器，冷卻65后進(jìn)行烴化液沉降槽沉降分離，分離出的A1Cl3絡(luò)合物自槽底部返回?zé)N化反應(yīng)器底部，上層烴化液自流至水解塔。沒反應(yīng)的乙烯氣體和苯蒸汽等從烴化反應(yīng)器頂部出來(lái)經(jīng)冷卻器用循環(huán)水使大部分蒸

26、汽冷凝后進(jìn)入尾氣吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和HCI氣后，未凝氣放空，二乙苯吸收液反烴化，烴化液自上部直接流至中間倉(cāng)庫(kù)烴化液罐中16,17。2.3.2 乙苯精餾工段 (1) 干燥苯塔來(lái)自中間倉(cāng)庫(kù)原料苯罐經(jīng)原料泵送來(lái)的含水900ppm的原料苯，進(jìn)入回流罐油相區(qū)；來(lái)自循環(huán)苯塔的含水量2500ppm的循環(huán)苯，與苯干燥塔頂蒸出的經(jīng)過(guò)冷凝的苯冷卻后進(jìn)入回流罐分相區(qū)塔頂氣相溫度81經(jīng)預(yù)熱器與進(jìn)料換熱器后，進(jìn)入冷凝器用循環(huán)水冷凝，冷凝后循環(huán)苯塔回流泵送來(lái)的循環(huán)苯一起進(jìn)入冷卻器用循環(huán)水冷卻器用循環(huán)水冷卻后進(jìn)入回流罐分層區(qū)，上層脫水苯溢流至油相區(qū)，下層水相從集水包間斷排入11號(hào)管線塔釜為干燥苯，采出送至中間倉(cāng)庫(kù)

27、干燥苯罐18,19。(2) 循環(huán)苯塔來(lái)自中間倉(cāng)庫(kù)的烴化液進(jìn)入循環(huán)苯塔加料區(qū)，塔頂氣相餾分冷凝回流后冷卻進(jìn)入苯干燥塔回流罐分層區(qū)。塔釜液(主要是乙苯和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。(3) 精乙苯塔由循環(huán)苯塔釜液泵送出的釜液，進(jìn)入精乙苯塔加料層，塔頂氣相餾分乙苯經(jīng)冷凝回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。(4) 二乙苯塔來(lái)自精乙苯塔釜液的料液根據(jù)不同組成進(jìn)入二乙苯塔不同進(jìn)料板塔頂?shù)肗-乙苯，塔釜得到多乙苯。2.3.3 乙苯脫氫來(lái)自中間倉(cāng)庫(kù)乙苯泵送來(lái)的乙苯與管網(wǎng)來(lái)的蒸汽進(jìn)入乙苯蒸發(fā)器，乙苯與蒸汽量比為1：1.4，經(jīng)過(guò)過(guò)熱器殼程與脫氫反應(yīng)器出來(lái)的650煙氣過(guò)熱至580后，配料氣進(jìn)入脫氫反應(yīng)器進(jìn)行脫氫反

28、應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)空冷，水冷，鹽冷后進(jìn)入沉降槽，分離后加入阻聚劑阻止聚合，然后進(jìn)入粗苯乙烯塔20,21。2.3.4 苯乙烯精餾工段 (1) 粗苯乙烯塔爐油自中間倉(cāng)庫(kù)送來(lái)，進(jìn)入粗苯乙烯塔由再沸器加熱精餾，塔頂產(chǎn)物苯，甲苯，乙苯輕組分進(jìn)入循環(huán)乙苯塔的底部產(chǎn)物苯乙烯和苯乙烯焦油。(2) 精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料為粗苯乙烯塔經(jīng)過(guò)冷卻后的釜液，由再沸器加熱進(jìn)行精餾。塔頂產(chǎn)品苯乙烯，純度99.6(重量)，塔釜苯乙烯焦油(三廢之一)。(3) 循環(huán)乙苯塔粗笨乙烯塔塔頂餾分由回流泵送出，經(jīng)循環(huán)乙苯塔進(jìn)料預(yù)熱器，用循環(huán)乙苯塔釜液進(jìn)行預(yù)熱后，進(jìn)入循環(huán)乙苯塔，由再沸器用1.6MPa蒸汽加熱精餾，塔頂苯，甲苯餾分，送至中間倉(cāng)

29、庫(kù)苯，甲苯罐。塔釜即循環(huán)乙苯，進(jìn)入循環(huán)乙苯塔冷卻器，送到中間倉(cāng)庫(kù)循環(huán)乙苯罐22。3 工藝計(jì)算3.1 物料衡算3.1.1 原始數(shù)據(jù)各種物質(zhì)基本原始數(shù)據(jù)見表3-123。表3-1 原始數(shù)據(jù)表基本量分子量 常壓沸點(diǎn) K(xi)wt A B C苯甲苯乙苯二乙苯三乙苯焦油乙烯78.11 53.3 61.33 l5.9008 2788.51 -52.3692.14 383.8 0.21 16.0137 3096.52 -53.67106.17 409.3 29.99 16.0193 3279.47 -59.95134.26 456.9 7.15 16.114 3657.22 -71.18162.26 0.9

30、7189.33 0.3528.17方程式： 操作條件：設(shè)年工作300天，每天24小時(shí)，總工作時(shí)間為24×300=7200小時(shí)，生產(chǎn)能力為：25萬(wàn)噸每年；進(jìn)料組成：60%；塔底產(chǎn)品組成98%；塔頂產(chǎn)品組成2%。常壓、泡點(diǎn)進(jìn)料，篩板塔、冷卻劑與蒸汽自選合適條件。3.1.2 精餾塔的物料衡算 乙苯的摩爾質(zhì)量MA=106.17kg/kmol 苯乙烯的摩爾質(zhì)量MA=104.15kg/kmol（1） 原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的摩爾分率XF、XD、XW分別計(jì)算結(jié)果如下。（2） 原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF、MD、MW分別計(jì)算結(jié)果如下。 （3） 物料衡算根據(jù)無(wú)量守恒可知：F=D+W。式中，

31、F為進(jìn)料質(zhì)量（）；D為塔頂出料量（）；W為塔釜出料量（）。又已知，則當(dāng)產(chǎn)量，開工時(shí)間為。通過(guò)計(jì)算得：3.2 理論塔板數(shù)求解3.2.1 進(jìn)料泡點(diǎn)溫度由試差法確定利用安托尼公式式中，Ps為飽和蒸汽壓（Pa）；A、B、C為安托尼常數(shù)；T為溫度，0C。假設(shè)T=414K=1410C，代入公式 得PA=888.1mmHg；PB=679.88mmHg；由，得；把代入公式，符合要求，所以進(jìn)點(diǎn)泡料溫度T=414K=1410C。同理，得塔頂溫度T=408.5K；PA=763.9mmHg；PB=600.28mmHg。同理，得塔釜溫度T=418K；PA=981.92mmHg；PB=774.95mmHg。3.2.2 最

32、小回流比及操作回流比計(jì)算 把乙苯-苯乙烯視為理想溶液。原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的揮發(fā)度 分別計(jì)算結(jié)果如下。 平均相對(duì)揮發(fā)度因泡點(diǎn)進(jìn)料，故進(jìn)料方程q=1。最小回流比實(shí)際回流比3.2.3 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 上述式中分別為精餾段、提溜段上升蒸汽流量；分別為精餾段、提溜段下降液體的量。3.2.4 求操作線方程精餾段：提溜段：3.2.5 圖解法求理論板數(shù)采用圖解法求理論板數(shù)，如圖3-1所示求解結(jié)果為：N=52；進(jìn)料板位置NF=31。圖3-1 理論塔板層數(shù)圖3.2.6 全塔效率求解根據(jù)公式，式中A、B、C、D、E均為系數(shù)，求得在塔頂、塔底溫度下的粘度如下表3-2。表3-2 塔底溫度下的產(chǎn)品粘度產(chǎn)品名稱粘

33、度/cp塔頂/408.5K塔頂/418K乙苯0.240.2苯乙烯0.2420.227式中，分別為混合液體在塔頂、塔底粘度及平均粘度。由此得全塔效率。3.2.7 實(shí)際塔板數(shù)求取精餾段得實(shí)際塔板層數(shù)N精=塊；提溜段實(shí)際探班層數(shù)塊。3.3 精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算3.3.1 以精餾段為例進(jìn)行操作壓力的計(jì)算由塔頂操作壓力PD=101.3kpa，取每層塔板壓降，得進(jìn)料板壓力；精餾段平均壓力。依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中乙苯-苯乙烯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算的塔頂溫度；進(jìn)料板溫度 ；精餾段平均溫度。3.3.2 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算（1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由得以下結(jié)

34、果。（2）進(jìn)料板平均摩爾計(jì)算由圖解理論版得，查平衡曲線得。（3）精餾段的平均摩爾質(zhì)量3.3.3 平均密度的計(jì)算（1）氣相平均密度計(jì)算由理想氣態(tài)方程計(jì)算，即；（2）液態(tài)平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即；由，查手冊(cè)得：；，計(jì)算塔頂液相平均密度，結(jié)果如下：由，查手冊(cè)得；。計(jì)算進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率，結(jié)果如下。則進(jìn)料板得平均密度計(jì)算如下。由以上計(jì)算結(jié)果，得精餾段液相平均密度為。3.3.4 液相平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算。即：。由，查手冊(cè)得：；，得塔頂液相平均表面張力。由，查手冊(cè)得；。得進(jìn)料板液相平均表面張力：，由以上計(jì)算結(jié)果得精餾段液相平均表面張力：。3.3.5 液體平均粘度計(jì)算液

35、相平均粘度依下式計(jì)算，即：由，得；，解出塔頂液相平均粘度。由，得；，解出進(jìn)料板液相平均粘度。以由上結(jié)果得精餾段液相平均粘度。3.4 精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算3.4.1 塔徑的計(jì)算精餾段的氣液相體積流率如下。由式中C由下式計(jì)算，其中C20由下圖3-2 史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為： 取板間距HT=0.5m，板上液層高度，則查史密斯關(guān)聯(lián)圖得：C20=0.085圖3-2 史密斯關(guān)聯(lián)圖得 取安全系數(shù)為0.7，則空塔系數(shù)為：塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑元整后，塔徑塔截面積實(shí)際空塔氣速。3.4.2 精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度提餾段有效高度在進(jìn)料板上開一人孔，其高度為0.8m進(jìn)料板有效高度第一塊板上空間高度1.

36、3m，最后一塊高度為1.5m，塔座高度h=2.5m。，。由以上計(jì)算結(jié)果，可得精餾塔的有效高度：3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算3.5.1 溢流裝置的計(jì)算（1）堰長(zhǎng)?。?）溢流液高度選用平直堰，堰上液層高度由式費(fèi)蘭西斯公式計(jì)算，即：近似取E=1，則取板上清液層高度，得。（3）弓形降液管寬度Wd和截面積。由查下圖3-3弓形降液管的參數(shù)圖，得，故：依下式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間：故降液管設(shè)計(jì)合理。圖3-3 弓形降液管參數(shù)圖（4） 降液管底隙高度 取 特殊情況，則應(yīng)取，選用凹形受液盤。3.5.2 塔板布置 因D=6300mm，塔板采用分塊式，查塔板溢流類型表得塔板分12為塊。塔徑/mm80012001

37、40016001800200022002400塔板分塊數(shù)3456 邊緣區(qū)寬度取。（1） 開孔區(qū)面積計(jì)算（2） 篩孔計(jì)算及其排列本例所處理的物系有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角行排列，取孔中心距，則篩孔數(shù)目個(gè)。 開孔率開孔面積氣體通過(guò)閥孔的氣速。3.6 篩板的流體學(xué)驗(yàn)算3.6.1 塔板壓降（1）干板阻力計(jì)算 由，查圖3-4干篩孔的流量系數(shù)圖得，得 圖3-4 干篩孔的流量系數(shù)（2）氣體通過(guò)液層得阻力計(jì)算 查圖3-5充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得故液柱。圖3-5 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 （3）液體表面張力所產(chǎn)生的阻力計(jì)算 氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度 氣體通過(guò)每層塔板壓降 3.6.2 液面落差 對(duì)于篩板塔液

38、面落差很小。且本例的塔徑液流量均不大，故可不考慮液面落差的影響。3.6.3 液沫夾帶液沫夾帶量計(jì)算如下。故本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。3.6.4 漏液對(duì)篩板塔漏液點(diǎn)氣速實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)故在本設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。3.6.5 液泛為防止塔內(nèi)降液管發(fā)生液乏，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式的關(guān)系，即：乙苯-苯乙烯物系屬一般物系，取，則。板上不設(shè)進(jìn)口堰，則液柱。由上述計(jì)算可知：，因此本設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液乏現(xiàn)象。3.7 塔板負(fù)荷性能圖3.7.1 漏液線依式通過(guò)整理數(shù)據(jù)，可知在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，以上式計(jì)算值，見表3-3。表3-3 精餾段漏液線數(shù)據(jù)表0.02 0.04 0.06 0.0812.09 1

39、2.78 13.33 13.81由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。3.7.2 液沫夾帶線以為限。求關(guān)系如下：依式： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值以上式計(jì)算值，結(jié)果見表3-4。表3-4 精餾段液沫夾帶線數(shù)據(jù)表0.02 0.04 0.06 0.0859.92 54.82 50.54 46.72 由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。3.7.3 液相負(fù)荷下限對(duì)于平直堰，取堰上層高度最為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由式得：根據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線了。3.7.4 液相負(fù)荷上限以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限。由式得：根據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。3.7.5 液泛線 依式：通過(guò)整理數(shù)據(jù)可知：

40、在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值以上式計(jì)算值，結(jié)果見表3-5。表3-5 精餾段液泛線數(shù)據(jù)表0.02 0.04 0.06 0.0844.14 41.48 38.98 36.46由以上數(shù)據(jù)表可作出液泛線5。綜合以上數(shù)據(jù)，可作出塔板的年負(fù)荷性能圖見下圖3-6。圖3-6 精餾段塔板的年負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，鏈接OA，即作出操作線。又從圖中可以看出，該篩板得操作上限為液乏控制，下限為漏液控制。故操作彈性為所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總見下表3-6。表3-6 精餾段所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值12345678910111213141516171819202122232425262728293031

41、32平均溫度平均壓力氣相流量m3/s液相流量m3/s實(shí)際塔板數(shù)有效段高度m塔徑m板間距m溢流形式降液管堰長(zhǎng)m板上液層高度m堰上液層高度m堰高m降液管底隙高度m安定區(qū)寬度m邊緣區(qū)寬度m開孔面積m2篩孔數(shù)目篩孔直徑m孔中心距m開孔率%空塔氣速m/s篩孔氣速m/s穩(wěn)定系數(shù)每層塔板壓降p負(fù)荷上限負(fù)荷下限液沫夾帶（kg/kg）（液/氣）氣相負(fù)荷上限氣相負(fù)荷下限操作彈性139.65118.92524.380.10347236.30.5雙溢流弓形3.780.10.060.040.1090.070.0325.7652900.0250.07510.10.8419.37691.71706.798液乏控制漏液控制0

42、.0092427.7514.51.9143.8 提餾段工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算提餾段與精餾段工藝條件、相關(guān)的物性數(shù)據(jù)以及計(jì)算原理是相同的，可以得到如下結(jié)果（具體計(jì)算過(guò)程不再敘述）。3.8.1 漏液線 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值以上式計(jì)算值，結(jié)果見表3-7。表3-7 提餾段漏液線數(shù)據(jù)表 0.02 0.04 0.06 0.089.30 9.822 10.24 10.60由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。3.8.2 液沫夾帶線 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值以上式計(jì)算值，結(jié)果見表3-8。表3-8 提餾段液沫夾帶線數(shù)據(jù)表0.02 0.04 0.06 0.0860.59 56.18 52.48 49.18由上表數(shù)

43、據(jù)即可作出液沫夾帶線2。3.8.3 液相負(fù)荷下限 對(duì)于平直堰，取堰上層高度最為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由式得：根據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線了。3.8.4 液相負(fù)荷上限以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限。由式得：根據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。3.8.5 液泛線，在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值以上式計(jì)算值，結(jié)果見表3-9。表3-9 提餾段液泛線數(shù)據(jù)表0.02 0.04 0.06 0.0831.47 29.80 28.26 26.75 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。 根據(jù)以上各線方程，作出塔板的年負(fù)荷性能圖見圖3-7。圖3-7 提餾段塔板的年負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A

44、，鏈接OA，即作出操作線。又從圖中可以看出，該篩板得操作上限為液乏控制，下限為漏液控制。故操作彈性為所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總見下表3-10。表3-10 提餾段所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值1234567891011121314151617181920212223242526272829303132平均溫度0C平均壓力氣相流量m3/s液相流量m3/s實(shí)際塔板數(shù)有效段高度m塔徑m板間距m溢流形式降液管堰長(zhǎng)m板上液層高度m堰上液層高度m堰高m降液管底隙高度m安定區(qū)寬度m邊緣區(qū)寬度m開孔面積m2篩孔數(shù)目篩孔直徑m孔中心距m開孔率%空塔氣速m/s篩孔氣速m/s穩(wěn)定系數(shù)每層塔板壓降p負(fù)荷上限負(fù)荷下限液沫夾帶（kg/kg）（液/氣）氣相負(fù)荷上限氣相負(fù)荷下限操作彈性143130.92521.440.11543215.56.10.5雙溢流弓形3.660.10.060.040.1220.070.0318.3237620.0250.07510.19.84111.571.021702.653液乏控制漏液控制0.025520.2610.681.8973.9 輔助設(shè)備3.9.1 原料管查表選管3.9.2 進(jìn)料泵 根據(jù)伯努力方程 選取原料罐液面