年產(chǎn)10萬噸苯乙烯工藝設(shè)計

1、.wd酒泉職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 級石油化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) 題目: 年產(chǎn)十萬噸苯乙烯工藝設(shè)計畢業(yè)時間：二一五年六月學生姓名： 晏亮亮 指導教師： 徐晶班級：20xx石化2班年月 日酒泉職業(yè)技術(shù)學院 20xx 屆各專業(yè)畢業(yè)論文設(shè)計成績評定表姓名晏亮亮班級12石化2班專業(yè)石油化工生產(chǎn)技術(shù)指導教師第一次指導意見年 月 日指導教師第二次指導意見 年 月 日指導教師第三次指導意見 年 月 日指導教師評語及評分 成績： 簽字蓋章 年 月 日辯論小組評價意見及評分成績： 簽字蓋章 年 月 日教學系畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導小組意見簽字蓋章 年 月 日學院畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導委員會審核意見簽字蓋章 年 月 日 前

2、 言 本設(shè)計的內(nèi)容為10萬噸/年乙苯脫氫制苯乙烯裝置，包括工藝設(shè)計，設(shè)備設(shè)計及平面布置圖。本設(shè)計的依據(jù)是采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝乙苯脫氫反響在絕熱式固定床反響器中進展，其特點是：轉(zhuǎn)化率高，可達55%，選擇性好，可達90%。特殊的脫氫反響器系統(tǒng)：在低壓深度真空下下操作以到達最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反響產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計為熱聯(lián)合機械聯(lián)合裝置。整個脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機入口盡可能高壓，同時維持脫氫反響器盡可能低壓，從而提高

3、苯乙烯的選擇性，同時不損失壓縮能和投資費用。所需要的催化劑用量和反響器體積較小，且催化劑不宜磨損，能在高溫高壓下操作，內(nèi)部構(gòu)造簡單，選價廉價。在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。工業(yè)設(shè)計的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動.本設(shè)計裝置主要由脫氫反響和精餾兩個工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫。 此設(shè)計過程中，為了計算方便，忽略了一些計算過程，故有一定的誤差，另由于計算時間對比倉促，有些問題不能夠直接解決。設(shè)計中有不少錯誤之處，

4、請指導教師予以批評指正，多提出珍貴意見。苯乙烯設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：年產(chǎn)10萬噸苯乙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計二、設(shè)計原始條件：1、原料組成質(zhì)量%組別乙苯甲苯苯1、2、399%0.8%0.2%100%4、5、698%1.2%0.8%100%2、操作條件：年工作日：300天，每天24小時，乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%乙苯損失量為純乙苯投料量為4.66%配料比：原料烴/水蒸汽=1/2.6質(zhì)量比溫度T：第一反響器進口溫度630，出口溫度580第二反響器進口溫度630，出口溫度600壓力P：床層平均操作壓力1.5 * 105 Pa絕3、選擇性：C8H10C8H8+H21C8H10C6H6+C2H42C8H10+H2C

5、7H8+CH431、2、3190%23%37%4、5、6192%23%35%4、催化劑條件：1采用11#氧化鐵催化劑，d=3mm，h=13mm2允許通入乙苯空速為：0.50.9Nm3乙苯/(m3Cath)3 =1050kg/m3              =1500kg/m35、參考數(shù)據(jù)：1反響器直徑D=2 m2取熱損失為反響熱為4%3k=exp(11.281-2545/RT)4K=exp(15.344-14656.5734/T)5Cat的有效系數(shù)1=0.72=0.

6、6676填料情況：取瓷環(huán)為25×25的拉西環(huán)，所填高度為250mm，錐形高度為250mm，錐角取9007壓力：第一反響器進口壓力為1.8 * 105 Pa，出口壓力為1.2 * 105 Pa，平均壓力為1.5 * 105 Pa，壓降P=0.6 * 105 Pa。8再沸器：取熱損失為水蒸汽放出熱量的3%，Q蒸汽=Q吸/1-3%9傳熱面積A：取K=32.12 * 4.18 kJ目 錄一、緒論 51、原料的性質(zhì)和用途 52、苯乙烯的性質(zhì)和用途 53、苯乙烯各種生產(chǎn)工藝及對比 64、本工藝設(shè)計說明 6二、生產(chǎn)工藝說明 81、原料、成品及半成品 82、主副化學反響式 83、生產(chǎn)步驟 84、原理

7、、化學組成及化學性質(zhì) 95、反響器設(shè)計依據(jù) 106、主要工藝變量參數(shù)的選擇與控制 107、流程表達 118、工藝設(shè)計物性參數(shù) 13三、物料及熱量衡算131、計算依據(jù) 132、物料衡算 143、熱量衡算 22四、乙苯苯乙烯精餾塔的計算 241、乙苯苯乙烯塔操作條件確實定 242、理論板數(shù)的計算 25五、乙苯苯乙烯塔附屬設(shè)備計算31六、乙苯苯乙烯塔主要工藝條件一覽表 35七、原材料消耗綜合表、排出物表 36八、生產(chǎn)控制37九、產(chǎn)品消耗定額 37十、三廢處理 37十一、原料、中間產(chǎn)品的分析方法38十二、參考文獻 一、緒論1、原料的主要性質(zhì)與用途1乙苯的主要性質(zhì)乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇

8、、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不溶于水，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)物隨氧化劑的強弱及反響條件的不同而異。在強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；假設(shè)用緩和氧化劑或溫和的反響條件氧化，那么生成苯乙酮。乙苯的其它性質(zhì)如下表所示：表1序號常數(shù)名稱計量單位常數(shù)值備注1分子量 106.167 2液體比重 0.88203沸點136.2101325Pa4熔點-94.4101325Pa5液體熱容量kJ/kg K1.754298.15K6蒸汽熱容量Kcal/kg K0.285277蒸發(fā)熱k

9、J /mol35.59正常沸點下8液體粘度104kgSee/M20.679209生成熱Kcal/mol2.982010在水中溶解度   11燃燒熱Kcal/mol1101.1氣體12閃點15 13自然點553.0 14爆炸范圍%(體積)2.37.4 2乙苯的主要用途乙苯是一個重要的中間體，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、乙基蒽醌等；同時它又是制藥工業(yè)的主要原料。2、苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯SM是含有飽和側(cè)鏈的一種簡單芳烴，是 根本有機化工的重要產(chǎn)品之一。苯乙烯為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃

10、。苯乙烯難溶于水，25時其溶解度為0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶劑中。苯乙烯在空氣中允許濃度為0.1ml/l。濃度過高、接觸時間過長那么對人體有一定的危害。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。苯乙烯蒸汽與空氣混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范圍為1.16.01%體積分數(shù)。苯乙烯SM具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反響性能極強，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。苯乙烯從構(gòu)造上看是不對稱取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。在高于100時即進展聚合，甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩慢的聚合。因此，苯乙烯單體在貯存和運輸中都必須參加阻聚劑，并注意用惰性氣體密封，不使其與空氣接觸。苯乙烯SM是合成高分子工業(yè)

11、的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹脂，也易與丙烯腈共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯腈共聚為ABS塑料，還能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚酯樹脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。目前，其生產(chǎn)總量的三分之二用于生產(chǎn)聚苯乙烯，三分之一用于生產(chǎn)各種塑料和橡膠。世界苯乙烯生產(chǎn)能力在1996年已達1900萬噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為21502250萬噸。 3、各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及對比目前苯乙烯主要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過如下四條工藝路線進展。(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、復原和脫水三步，方程式如

12、下：C6H5C2H5 + O2C6H5COCH3 + H2OC6H5COCH3 + H2C6H5CHOHCH3C6H5CHOHCH3C6H5CHCH2 + H2O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，苯乙烯的精制別離較容易。故此法在國外仍有采用。(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氧化氫乙苯，然后與丙烯進展環(huán)氧化反響生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物那么變?yōu)楸揭掖?，再?jīng)脫水得到苯乙烯，即：C6H5C2H5 + O2C6H5CHOOHCH3C6H5CHOOHCH3 + CH3CHCH2C6H5CHOHCH3+ C3H6OC6H5

13、CHOHCH3C6H5CHCH2 + H2O本過程以乙苯計的苯乙烯產(chǎn)率約為65%，低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率。但它還能生產(chǎn)重要的有機化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價值，故目前國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。在催化劑和過熱蒸汽的存在下進展氧化脫氫反響的，即： 2C6H5C2H5 + O22C6H5CHCH2 + 2H2O此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以利用氧化反響放出的熱量產(chǎn)生蒸汽，反響溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類較多，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

14、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。反響方程式如下： C6H5C2H5C6H5CHCH2 + H2同時還有副反響發(fā)生，如裂解反響和加氫裂解反響： C6H5C2H5 + H2C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5C6H6 + CH2CH2高溫裂解生碳： C6H5C2H5 8C + 5H2在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反響： C6H5C2H5 + 2H2O C6

15、H5CH3 + CO2 + 3H2此外還有高分子化合物的聚合反響，如聚苯乙烯、對稱二苯乙烯的衍生物等。4、 本工藝設(shè)計說明(1)生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)100000噸精苯乙烯，純度99.7%。(2)生產(chǎn)方法：采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。魯姆斯(Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝；魯姆斯孟山都/UOP經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝簡介：該工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯SM單體中最成熟和有效的技術(shù)，自1970年實現(xiàn)工業(yè)化以來，目前大約有55套裝置在運轉(zhuǎn)。A、工藝流程從乙苯(EB)生產(chǎn)苯乙烯的經(jīng)典流程如附圖1所示。乙

16、苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當?shù)难趸癄顟B(tài)。蒸汽既加熱反響進料、減少吸熱反響的溫度降，同時蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反響平衡向著苯乙烯(SM)方向進展，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活性。高溫、高壓蒸汽稀釋和低反響系統(tǒng)壓力能提供良好的反響平衡曲線，對乙苯(EB)轉(zhuǎn)化為苯乙烯(SM)有利，在有兩個絕熱反響器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯(EB)的總轉(zhuǎn)化率可到達70%85%。新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一局部蒸汽混合，然后在一個用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進展過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個兩段、絕熱的徑向催化反響系統(tǒng)內(nèi)進展脫氫。熱反響產(chǎn)物在一個熱交換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣

17、主要是氫氣壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機混合物DM。在脫水有機混合物(DM)苯乙烯、未反響乙苯、苯、甲苯和少量高沸物中參加一種不含硫的阻聚劑(NSI)以減少聚合而損失苯乙烯SM單體，然后在乙苯/苯乙烯單體EB/SM分餾塔進展別離，塔頂輕組分(EB及輕組分(苯/甲苯)從塔頂取得)去乙苯別離塔，從而從乙苯別離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反響器原料中。EB/SM塔底物苯乙烯單體和高沸物在最后苯乙烯分餾塔內(nèi)進展分餾，塔頂產(chǎn)品即為苯乙烯SM單體產(chǎn)品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大局部燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。典型苯乙烯單體產(chǎn)品性能如

18、表2：表2性能指標苯乙烯99.7%顏色，APHA10聚合物10ppm(W)硫1ppm(W)苯乙炔30ppm(W)過氧化物20ppm(W)粘度250.7mm2/s目前現(xiàn)代化工藝裝置中生產(chǎn)的苯乙烯純度已可達99.8%(W)以上。B、工藝特點和優(yōu)點a特殊的脫氫反響器系統(tǒng)：在低壓深度真空下下操作以到達最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反響產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計為熱聯(lián)合機械聯(lián)合裝置。整個脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機入口盡可能高壓，同時維持脫氫反響器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時不損失壓縮能和投資費用。b低蒸汽/油EB比的設(shè)計方案：魯姆斯公司設(shè)計

19、的苯乙烯裝置是在低蒸汽/油比下操作，可降低苯乙烯生產(chǎn)成本，已在工業(yè)化裝置的操作中證明在低蒸汽/油比的情形下，新催化劑的穩(wěn)定性良好。c能量回收：魯姆斯公司在苯乙烯裝置上已實現(xiàn)了低品位能量500大卡/公斤苯乙烯的回收工藝，利用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱來汽化乙苯和水的共沸物，并直接送至脫氫反響器，而不需要任何壓縮設(shè)備。d安全：一旦儀表系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何嚴重誤操作或故障時，脫氫反響的自動聯(lián)鎖系統(tǒng)即啟動，無需任何操作員工即可將裝置自動轉(zhuǎn)入安全操作狀態(tài)或安全停工。e操作容易：利用該技術(shù)的工業(yè)化裝置已證明它具有很高的可靠性。工業(yè)設(shè)計的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動和損失。f催化劑

20、壽命長：根據(jù)操作經(jīng)歷，脫氫催化劑的使用壽命是1824個月。隨著乙苯裝置上催化劑壽命的延長，乙苯和苯乙烯裝置更換催化劑的停工時間也可適應盡量減少總停車時間的需求。g參加阻聚劑：在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。本設(shè)計裝置主要由脫氫反響和精餾兩個工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫，由銷售部門銷售。本裝置采用24小時連續(xù)運行，年運行7200小時300天。二、生產(chǎn)工藝說明1、原料、成品及半成品乙苯純度99.8%，沸程135.8136.5。為了減少副反響

21、發(fā)生，保證生產(chǎn)正常進展，要求原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。因為二乙苯脫氫后生成的二乙烯基苯容易在別離與精制過程中生成聚合物，堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。另外，要求原料中乙炔10ppmV%、硫以H2S計<2ppmV%、氯以HCl計2ppm%、水10ppm%，以免對催化劑的活性和壽命產(chǎn)生不利的影響。 本裝置生產(chǎn)純度99.7%的苯乙烯產(chǎn)品。 乙苯經(jīng)脫氫反響器反響后，反響生成物送乙苯苯乙烯塔別離成乙苯苯和甲苯及粗苯乙烯帶重組分及焦油。2、主、副化學反響式乙苯在脫氫反響器中主要發(fā)生以下反響： 主反響：C6H5C2H5C6H5CHCH2 + H2 副反響：C6H5C2H5 + H2C6H5

22、CH3+ CH4C6H5C2H5 + H2C6H6 + CH3CH3C6H5C2H5C6H6 + CH2CH23、生產(chǎn)步驟乙苯脫氫反響在固定床反響器中進展，同時伴隨三個副反響，反響產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)水冷凝器和鹽水冷凝器冷卻后，降溫到8左右，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、水和重組分全部冷凝，甲烷和乙烯不冷凝，冷凝液經(jīng)油水別離器別離成水和有機混合物，將水別離，在有機混合物中添加阻聚劑2,4-二硝基-鄰-二-丁基酚DNBP。有機混合物送精餾工序。先經(jīng)乙苯苯乙烯塔別離成乙苯及苯、甲苯和粗苯乙烯帶重組分及焦油。乙苯餾分送苯-甲苯塔分成苯、甲苯餾分和回收乙苯，回收乙苯返回脫氫工序。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙烯和焦油。要

23、求：乙苯-苯乙烯塔真空操作：塔頂壓力：180200mmHg。苯-甲苯塔塔頂操作壓力：塔頂壓力<160mmHg。 精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。4、原理、化學組成及化學性質(zhì)苯乙烯SM是乙苯EB經(jīng)過高吸熱脫氫反響而生成：EB=SM+H2反響深度由平衡控制：1汽態(tài)平衡常數(shù)為：KP=PSM×PH2/PEB=PT×YSM×YH2/YEB其中：PT系統(tǒng)總壓；PSM(H2/EB)各對應組分分壓；YSM(H2/EB) 各對應組分摩爾分率；2對于所有吸熱氣相反響，平衡常數(shù)隨著溫度的提高而增加，這時反響平衡關(guān)系如下：lnKP=AB/T T：K，KP：atm其中：

24、A=16.0195，B=3279.47；因此，溫度升高，EB轉(zhuǎn)化為SM的轉(zhuǎn)化率亦隨之升高。EB/SM混合物還進展一些不受平衡控制的初級反響副反響，其中首要的是脫烴反響，特性如下：C6H5C2H5=C6H6+C2H4乙苯 苯 乙烯C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4乙苯 氫氣 甲苯 甲烷其他反響生成少量的甲基苯乙烯AMS和其他高沸物。甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反響，主要是甲烷反響：CH4+2H2O=CO2+4H2O我們還觀察到：水/汽轉(zhuǎn)換反響在反響溫度下接近平衡。CO2+H2=CO+H2O通常，在苯和甲苯的生成中，甲烷和乙烯的量總是比預期的要少。一氧化碳通常是二氧化碳的10%摩爾。在反響

25、器的設(shè)計中應該記?。涸诮咏错懫胶鈺rSM停頓生成，而苯和甲苯卻繼續(xù)生成，實際上并沒有限度。另外，因為SM的生成局部地受到擴散的控制，因此，隨著溫度的上升，苯和甲苯的生成率要比SM的生成快得多。EB脫氫的主要操作和設(shè)計變量1溫度2催化劑量及催化劑3壓力4蒸汽稀釋因為EB脫氫生成SM的反響是吸熱反響，所以反響混合物的溫度隨反響加深而降低。反響速率降低的原因其一是反響越來越接近平衡，反響推動力越來越小，其二在反響速率常數(shù)的降低。在一般設(shè)計中，在第一個三分之一的催化劑床層上，約有80%的溫降產(chǎn)生。在基于這樣的原理根基上，有一個很高的入口反響溫度當然是很理想的。然而，與促進催化脫氫相比，高溫更會增加非選

26、擇熱反響和脫烴反響的速度而生成苯和甲苯。因此，要到達很好的選擇性，需要有效的入口溫度上限。相對于EB進料而言，催化劑數(shù)量對優(yōu)化操作起著重要的作用。催化劑太少，那么不會接近平衡，而催化劑太多，那么還沒有完全通過催化劑床層EB轉(zhuǎn)化就到達平衡并停頓轉(zhuǎn)化，而副反響繼續(xù)進展，反響轉(zhuǎn)化率和選擇性降低從物料平衡和裝置生產(chǎn)率。目前有很多種EB脫氫催化劑，這些催化劑一般分為兩類：1高活性、低選擇性；2低活性、高選擇性。采用低活性、高選擇性催化劑的設(shè)計有對比好的效益。本設(shè)計裝置擬采用的正是此種催化劑。如果在將來相當長的一段時間內(nèi)想要提高生產(chǎn)率而又允許有一定的損失的話，高活性、低選擇性催化劑可在同樣的設(shè)備中裝填使用

27、。平衡常數(shù)有壓力的范圍，因為轉(zhuǎn)化一個摩爾EB會生成兩個摩爾的產(chǎn)物。所以，較高的系統(tǒng)壓力會使脫氫反響的平衡左移即抑制EB的轉(zhuǎn)化，從而降低EB的轉(zhuǎn)化率。較低的壓力將使EB轉(zhuǎn)化較高，同時選擇性也不受太大的影響。蒸汽稀釋能減少EB、SM和氫氣的分壓，其效果與降低壓力一樣。蒸汽稀釋還有其他等同的重要作用。首先，蒸汽向反響混合物提供熱量。其結(jié)果是對于一定的EB轉(zhuǎn)化而言，溫度降低很多，在同樣的入口溫度下EB轉(zhuǎn)化更多。第二，少量的蒸汽表現(xiàn)為能使催化劑保持在所需的氧化狀態(tài)，具有很高的活性，此蒸汽量隨催化劑的使用情況而有所不同。第三，蒸汽能抑制高沸物沉積在催化劑上，如果允許超過一定的限度，這些結(jié)焦生成物最終會污染

28、催化劑，使其活性降低而無法使用。由于上述作用，單程EB轉(zhuǎn)化率在溫度、壓力、催化劑、蒸汽稀釋等方面受到限制，對實際的單級反響器來講EB轉(zhuǎn)化率只有4050%。但是，如果出料被再加熱到第一級入口溫度，混合物便無法平衡。如果再加熱的混合物被送到第二個催化劑床層，那么，它又可以進一步轉(zhuǎn)化為SM，直至再次接近平衡。由于受到其他變量因素的影響，EB轉(zhuǎn)化總量可到達7085%。再加熱和增加級數(shù)的過程可視經(jīng)濟效益屢次重復，每增加一級，轉(zhuǎn)化率和選擇性便逐漸降低。因此，本設(shè)計采用兩級反響器以獲得較好的經(jīng)濟效益。5、反響器設(shè)計依據(jù)反響器設(shè)計的首要任務(wù)之一是根據(jù)所需的處理量及原料組成，計算到達規(guī)定的轉(zhuǎn)化率所需的反響體積，

29、然后以此為依據(jù)作進一步的設(shè)計；確定催化反響器為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑量是反響器設(shè)計的 根本內(nèi)容之一。反響器系統(tǒng)應該獲得盡可能高的轉(zhuǎn)化率，而且不增加操作成本，也不超出經(jīng)濟優(yōu)化的范圍。較高的轉(zhuǎn)化率減少了對稀釋蒸汽、蒸餾蒸汽和過熱器燃料的要求。同樣重要的是，盡管反響器成本可能略增加一些，但在初步設(shè)計中，較高的轉(zhuǎn)化率可從總體上減少裝置投資。在獲得較高轉(zhuǎn)化率的同時，催化劑的選擇性將會降低，因此任何SM裝置的設(shè)計都必須在反響、熱回收和蒸餾方面對比所有因素、考慮經(jīng)濟平衡。6、主要工藝變量參數(shù)的選擇與控制一對反響器系統(tǒng)而言，主要控制工藝參數(shù)是：1溫度第一、第二級反響器入口溫度2蒸汽/油EB比重量比3E

30、B進料率通過控制第一和第二級入口溫度來使轉(zhuǎn)化率接近生產(chǎn)率的設(shè)計值。這兩級的溫度應該一樣，但是如果第二級入口溫度略高于第一級入口溫度，選擇性會更好一些。當然，EB進料率是生產(chǎn)率的 根本決定因素。蒸汽/油EB比的設(shè)計值：在較高的蒸汽/油EB比下，特別是在降低生產(chǎn)率的情況下操作有助于降低操作成本，因為轉(zhuǎn)化率相對于給定的溫度、選擇性和蒸餾蒸汽方面的少許改良都將勝過增加稀釋蒸汽的成本。EB的轉(zhuǎn)化率主要由反響器進口溫度控制。隨著催化劑老化，這些溫度要逐漸提高以維持催化劑的活性和EB轉(zhuǎn)化率，以保持在給定的EB進料率下的生產(chǎn)運行。二苯乙烯SM的蒸餾與貯存苯乙烯即使在常溫環(huán)境溫度之下也會發(fā)生液相聚合雖然緩慢。聚

31、合速率受濃度、溫度、時間的影響而增加，使用適宜的阻聚劑可減緩聚合。因此，在蒸餾系統(tǒng)中通常出現(xiàn)的溫度下，必須使用有效的阻聚劑以防聚合而引起較大的損失。阻聚劑的選擇取決于以下一些因素：在操作溫度下可承受的聚合物產(chǎn)生的數(shù)量，基于這樣的聚合物產(chǎn)量所需要的阻聚劑數(shù)量、阻聚劑成本、阻聚劑對苯乙烯終端使用的影響最好是沒有影響。在苯乙烯工藝中，需要阻聚劑的有兩個地方：一是苯乙烯精餾系統(tǒng)，二是苯乙烯產(chǎn)品貯存系統(tǒng)。在精餾塔中，苯乙烯處于120的高溫，阻聚劑主要用來防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存系統(tǒng)中，溫度一般為20以下，聚合率較低，阻聚劑的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。由于溫度存在著很大的不同，對阻聚劑的要求也不

32、一樣，所以，在蒸餾塔中使用無硫阻聚劑2、4-二硝基-鄰-二-丁基酚DNBP俗稱NSI，在苯乙烯貯存系統(tǒng)中使用4-叔丁基鄰苯二酚TBC。在蒸餾系統(tǒng)中，蒸餾塔中產(chǎn)生的聚合物為高沸物，作為重組分苯乙烯焦油離開本系統(tǒng)，不構(gòu)成苯乙烯的污染物。產(chǎn)生的聚合物表示苯乙烯收率的損失，應盡可能減少。NSI阻聚劑的汽化壓力很低，所以它同蒸餾系統(tǒng)中的重組別離開，在產(chǎn)品苯乙烯中數(shù)量不多。產(chǎn)品苯乙烯中的NSI在苯乙烯最終使用中會產(chǎn)生質(zhì)量問題。苯乙烯產(chǎn)品中只允許有少量的聚合物一般低于10ppm。7、流程表達1脫氫反響總述：EB蒸汽/蒸汽混合物與EB/蒸汽過熱器二級反響器流出物進展熱交換而產(chǎn)生過熱，并進入一級反響器進口，在這

33、里與主過熱蒸汽混合，以便到達理想的一級反響器的進口溫度。EB和蒸汽混合物徑向從內(nèi)向外地進入催化劑床層，一局部EB反響生成SM，由于進展吸熱反響，溫度降低?；旌狭鞒鑫锱c過熱蒸汽進展換熱而得到重新加熱并徑向通過第二個催化劑床層。大局部EB反響生成SM受平衡限制和少量副產(chǎn)品。反響器系統(tǒng)的流出物由于兩個壓力等級的蒸汽再生而進展冷卻。冷卻的反響器產(chǎn)品與局部未汽提的工藝冷凝液被過熱降溫，并在主冷凝器中冷凝。冷凝液因重力作用自動流至有機混合物/水別離器，而未冷凝的蒸汽進一步得到冷卻并在調(diào)節(jié)冷卻器中冷凝。調(diào)節(jié)冷凝器中的冷凝液也流向有機混合物/水別離器。在有機混合物/水別離中，芳烴和工藝冷凝液構(gòu)成兩個相位。被稱

34、之為“脫氫混合物DM的芳烴相流進有機物分隔間，隨后進展SM產(chǎn)品精餾和對未反響的EB、及副產(chǎn)物苯、甲苯和高沸物進展回收。水相因重力在有機混合物/水別離器的主別離室中別離。工藝冷凝液用泵壓送至用來除去夾帶有機物的撇沫罐。一局部冷凝液被過濾，以除去催化劑塵末，然后用來對冷卻的反響器流出物進展降溫。凈工藝冷凝液通過汽提除去溶解的有機物。冷凝液首先由汽提塔的塔頂液/進料內(nèi)部換熱器進展預熱，然后通過蒸汽噴射器的直接蒸汽加熱至工藝冷凝液汽提塔操作溫度，以把塔中汽提過程中的損失降低到最低程度。從調(diào)節(jié)冷卻器出來的未冷凝氣體為脫氫廢氣，含有氫、二氧化碳、甲烷和大量的芳烴。氣體通過壓縮機入口罐，然后送往廢氣壓縮機，

35、壓縮氣體通過一個別離罐，然后再進入廢氣冷卻器，冷卻氣體中的芳烴通過循環(huán)半柏油的洗滌而減少，并經(jīng)冷卻后返回吸收塔；廢氣那么通過一個密封罐進入燃料補充系統(tǒng)而用作蒸汽過熱器的燃料。2苯乙烯蒸餾總述：苯乙烯蒸餾的目的是將從脫氫反響系統(tǒng)出來的液態(tài)芳烴混合物分餾成：a、一種高純度的苯乙烯產(chǎn)品苯乙烯聚合物最小損失b、循環(huán)至脫氫反響系統(tǒng)的EB物料流c、苯乙烯焦油物料流含有苯乙烯聚合物、重餾分和少量苯乙烯d、適合作為EB裝置進料的苯物料流e、甲苯副產(chǎn)品物料流從有機混合物/水別離器出來的水飽和有機混合物約含有苯：1.4%(W)、甲苯：2.8%(W)、EB：25.5%(W)、苯乙烯：69.2%(W)以及一些高沸物被

36、送入EB/SM別離塔。從別離塔出來的塔頂產(chǎn)品流含有苯、甲苯、幾乎占進料中全部的EB以及約0.25%(W)的苯乙烯被送入EB回收塔。含有0.05%(W)甲苯的EB回收塔塔底產(chǎn)品循環(huán)至脫氫反響系統(tǒng)；EB回收塔塔頂產(chǎn)品，即苯-甲苯混合物以及缺乏0.1%(W)EB被送入苯/甲苯別離塔，苯/甲苯別離塔將其別離為含約0.1%(W)甲苯的塔頂產(chǎn)品和含約0.1%(W)苯的塔底甲苯產(chǎn)品。從EB/SM別離器出來的塔底液物料流，含有塔進料中的幾乎所有苯乙烯，沸點高于SM的復合物，NSI聚合阻聚劑另外送入別離塔，少量EB和別離塔中生成的苯乙烯聚合物被送入SM塔。SM塔頂產(chǎn)品為99.7%(W)純度最低的苯乙烯產(chǎn)品；回流

37、中參加TBC，以抑制塔中的聚合反響。含有約50%(W)揮發(fā)物SM+AMS和焦油低粘度的SM塔底液被送至薄膜蒸發(fā)器。蒸發(fā)器蒸發(fā)揮發(fā)物并將其送回到SM塔底。蒸發(fā)器局部塔底液塔底總量的2/3被泵送至EB/SM別離塔進展NSI循環(huán)。含有約5.4%(W)殘存苯乙烯的凈塔底液送至貯罐，作為燃料使用。為把苯乙烯聚合物生成降低到最低限度，EB/SM別離塔、SM塔和薄膜蒸發(fā)器都減壓運行，這樣可以降低工作溫度。A、乙苯/苯乙烯別離塔T101EB/SM別離塔是一臺篩板塔塔，在真空下塔頂絕壓為180200mmHg運行操作。其目的是別離乙苯與苯乙烯。生產(chǎn)出一種塔釜產(chǎn)品，它含有苯乙烯、-甲基苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量

38、可精制成合格苯乙烯的EB；同時，塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品，它含有 根本上全部的EB、苯和甲苯并帶有約1.0%(W)苯乙烯。該塔的第二個目的是在別離時最大程度地減少苯乙烯轉(zhuǎn)換成聚合物的損失。有機混合物進料從有機混合物/水別離器由泵送至EB/SM別離塔。進料在49#塔板上進入該塔，NSI溶液隨進料進入該塔，來自薄膜蒸發(fā)器底部的循環(huán)NSI溶液在SM/柏油混合器的上游參加至EB/SM別離塔進料。為取得理想的別離效果，EB/SM別離塔在高回流比下操作，設(shè)計回流比為10.012。通往再沸器的蒸汽流量根據(jù)使塔產(chǎn)生理想的回流比來確定。該塔再沸器所需的熱能由350kPa的壓力的蒸汽所提供。在生產(chǎn)中保持理想的苯乙烯純度的關(guān)鍵

39、是正確操作EB/SM別離塔，作為苯乙烯里的主要雜質(zhì)，EB一旦離開別離塔塔底后總是進入SM別離塔塔頂，在苯乙烯塔里的實際別離是在苯乙烯和-甲基苯乙烯之間進展，進展別離的關(guān)鍵是要有足夠的蒸汽流入再沸器。B、SM精餾塔T301SM精餾塔是一座在真空下塔頂絕壓為3050mmHg進展操作的有36層塔板的塔。其目的是將來自EB/SM別離塔的塔釜液中的進料進展別離，以便從塔頂產(chǎn)出99.7%(W) 以上的苯乙烯產(chǎn)品物流。該塔的第二個目的是將該塔釜液經(jīng)薄膜蒸發(fā)器汽提后，可生產(chǎn)出苯乙烯焦油，其中，苯乙烯和-甲基苯乙烯含量相加不超過16%(W)。在SM別離塔的進料中含有98%(W)的苯乙烯、一些高沸點化合物聚合物、

40、-甲基苯乙烯及其他物料、一些低沸點物料EB以及NSI阻聚劑。TBC叔丁基鄰苯二酚在苯乙烯單體里以2%(W)溶液的形式被注入回流管線以抑制塔內(nèi)苯乙烯的聚合，設(shè)計回流比為0.81.0。SM別離塔所需的熱量由350kPa壓力等級的蒸汽所提供的。C、甲苯/乙苯回收塔T201EB回收塔是一座有40層塔板的帶壓塔。其目的是別離從EB/SM別離塔的塔頂來料，在設(shè)計回流比為8.010的操作下，進入第28層塔板，獲得塔頂產(chǎn)物：苯/甲苯物流，塔底產(chǎn)物：大約含0.05%(W)的甲苯以及大約含0.3%(W)苯乙烯的EB物流，塔釜液循環(huán)至脫氫反響系統(tǒng)。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。D、苯/甲苯別離塔T

41、401苯/甲苯別離塔是帶壓操作的4床層填料塔。EB回收塔的塔頂物流送入該塔，在設(shè)計回流比為2.03.0的操作下，別離出約含0.35%(W)的甲苯的苯塔頂產(chǎn)品和約含0.1%(W)的苯的甲苯塔釜產(chǎn)品。本塔使用的填料是碳鋼鮑爾環(huán)。為防止液體分布的不均勻，該塔使用4個獨立的填料床層，在每層頂部裝有一臺液體分布器。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。苯/甲苯別離塔的關(guān)鍵部位是位于第三填料床層下的溫度控制，每單位床層高度的溫度變化率在此到達最大限度。該溫度可以通過重新設(shè)定進入再沸器的蒸汽流量控制來進展調(diào)整。回流比可以通過產(chǎn)品規(guī)格的需要來控制。8、工藝設(shè)計物性參數(shù)表3工程單位苯甲苯乙苯苯乙烯液體

42、密度293K時kg/m879867867906正常熔點TmK278.7177.3178.2242.6正常沸點TbK353.3383.8409.3418.3臨界溫度TcK562.1591.7617.1647臨界壓力PcMPa4.8944.1143.6073.992臨界體積VcM3/mol259316374臨界壓縮因子Zc0.2710.2640.263偏心因子0.2120.2570.3010.257恒壓熱容CpJ/molK216.3158.6Antoine蒸汽壓方程系數(shù)A15.900816.013716.019516.0193B2788.513096.523279.473328.57C-52.36

43、-53.67-59.95-63.72生成熱 °kJ/mol82.950.0029.79103.9燃燒熱°kJ/mol-3268-3910-4395熔化熱°kJ/mol9.8326.61125時汽化熱°kJ/mol33.8537.99沸點時汽化熱°kJ/mol30.7533.4735.5636.44標準生成自由焓°kJ/mol30.9929.1632.2151.1020時粘度MPas0.7370.6750.7220時導熱系數(shù)kcal/mh0.1270.119時體積膨脹系數(shù)10-×1/12.410.9外表張力10-3N/m28.

44、627.9三、物料及熱量衡算1、計算依據(jù)    乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個單元，是具有循環(huán)物流的復雜化工過程，其流程框圖如附圖1。                                   

45、0;                                                  

46、60;                               乙苯脫氫反響在裝有鐵系催化劑的列管反響器中進展，反響方程式為：主反響C6H5C2H5  C6H5CHCH2 + H2         

47、;   (a)副反響    C6H5C2H5       C6H6 +CH2CH2              (b)  C6H5C2H5 + H2      C6H5CH3 + CH4          

48、60;(c)           水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為2.6：1反響壓力為150000Pa絕，反響溫度為580，反響器進口溫度630,乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%，各反響選擇性分別為：(a)90%、(b)3%、(c)7%、為簡化計算，假定：(1) 反響 混合原料組成：乙苯： 99%( W% )，甲苯：0.8%，苯：0.2%，混合原料中不含其它二甲苯。(2) 水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反響，并且無結(jié)焦反響。(3) 冷凝液經(jīng)油水別離器別離成水和有機混合物，水中夾帶芳烴量為500mg/

49、L，夾帶芳烴組成同有機混合物一樣。有機混合物中水量很少可忽略。(4) 阻聚劑參加量為有機混合物量的0.03(W%)。(5) 精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%。精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。(6) 乙苯苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力<200mmHg。塔頂苯乙烯含量<0.25%，塔釜乙苯<0.3%。(7) 苯甲苯塔塔頂壓力<160mmHg，塔頂甲苯<0.5%，塔釜苯<0.2%。 (8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯<0.1%，塔釜甲苯<0.4%。2、物料衡算A、假設(shè)以10000kg/h原料進料為基準，那么反響器進料G2  甲苯 

50、;    10000*0.8%=80kg/h ， 80/92=0.87kmol/h；  乙苯     10000*99%=9900kg/h ， 9900/106=93.396kmol/h；  苯乙烯   10000*0.2%=20kg/h  ， 20/78=0.256kmol/h；B、 進反響器的蒸汽量 G1           9900*2.6=25740kg/h25740/

51、18=1430kmol/hC、 反響器的出料 一段反響器的出料G3據(jù)化學反響式aC8H10-C8H8+H2乙苯總轉(zhuǎn)化率 55，選擇性 90；(1)生成的苯乙烯：   93.396*90%*1-4.66%*55%=44.077kmol/h (2) 生成的H2量：   44.077 kmol/h 副反響： 據(jù)化學反響式(b) C8H10-C6H6+C2H4     選擇性 3% (1) 生成的苯：      93.396*55%*

52、3%*1-4.66%=1.469kmol/h (2) 生成的乙烯：     1.469 kmol/h3出料中的苯量：   1.469+0.256=1.725kmol/h 據(jù)化學反響式(c) C8H10+H2-C7H8+CH4     選擇性 7%(1)  消耗H2量       93.396*55%*7%*1-4.66%=3.428kmol/h(2)生成的甲苯量    3.42

53、8 kmol/h(3)生成的甲烷量    3.428kmol/h那么反響器出口的物料組成乙苯     93.396*(1-4.66%)*(1-55%)=40.07 kmol/h苯乙烯   44.077kmol/h甲苯     3.428+087=4.298kmol/h苯       1.469+0.256=1.725 kmol/h乙稀     1.469 kmol/h

54、甲烷     3.428 kmol/h氫氣     44.077-3.428=40.649kmol/h反響器出口的有機混合物質(zhì)量組成                             kg/h   

55、60;                W%  乙苯            40.07*106=4247.42                45.372苯乙烯  

56、;        44.077*104=4584.008              48.967甲苯            40298*92=395.416           &

57、#160;      4.224苯              1.725*78=134.55                   1.437合計        

58、          9361.394                   100.00D、冷凝器頂物料 G4  氫氣         40.649 kmol/h  甲烷     &

59、#160;    3.428 kmol/h  乙稀          1.469 kmol/hE、冷凝器底物料 G5 乙苯          40.07 kmol/h 苯乙烯        44.077 kmol/h 甲苯     

60、;      4.298 kmol/h 苯             1.725 kmol/h 焦油           1.059 kmol/h 水          1430 kmol/hF、 別離器底的廢水

61、組成 G6  因廢水中夾帶的芳烴量為500mgL，芳烴組成同有機混合物  廢水中夾帶的芳烴量25740*0.0005=12.87kg/h  那么廢水中損失的芳烴量                                  

62、    kg/h            kmol/h    乙苯       12.87*0.45372=5.839 kg/h           0.0551  苯乙烯        &#

63、160;     12.87*0.48967=6.302 kg/h           0.0606  甲苯                12.87*0.04224=0.544 kg/h         &#

64、160; 0.00591  苯                  12.87*0.01437=0.185 kg/h           0.00237 G、別離器頂?shù)挠袡C混合物組成 G7 乙苯         

65、        40.07-0.0551=40.0149kmol/h 苯乙烯               44.077-0.0606=44.0164kmol/h 甲苯                 4.298

66、-0.00591=4.2921kmol/h 苯                   1.725-0.00237=1.7226kmol/h H、 阻聚劑參加量 G8  因為阻聚劑參加量為有機混合物的0.03W%  阻聚劑參加量=9361.394*0.03%=2.808kg/h ， 即2.808/184=0.0153kmol/h乙苯苯乙烯塔I. 乙苯苯乙烯塔的進料 G9 

67、乙苯           40.0149kmol/h 苯乙烯         44.0164kmol/h 甲苯           4.2921kmol/h 苯           

68、;  1.7226kmol/h 阻聚劑         0.0153kmol/h 進料量    F140.0149+44.0164+4.2921+1.7226+0.0153=90.0613 kmol/h進料組成                         mol%