【正文】 摘　　要本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是年產(chǎn)12萬(wàn)噸苯乙烯減壓精餾系統(tǒng)模擬計(jì)算及工藝設(shè)計(jì)，采用連續(xù)精餾的方式，使用四個(gè)精餾塔，%產(chǎn)品苯乙烯以及乙苯、苯、甲苯和焦油等重組分。利用PRO/II對(duì)苯乙烯減壓精餾全工段進(jìn)行了模擬計(jì)算，完成了物料衡算。利用模擬結(jié)果，對(duì)苯乙烯分離塔（T0403）進(jìn)行了熱量衡算和嚴(yán)格的設(shè)備計(jì)算，確定了塔高、塔徑，填料性能和尺寸等。對(duì)塔頂冷凝器，進(jìn)料泵，回流罐，塔接管等進(jìn)行了計(jì)算選型和設(shè)計(jì)。繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，物料平衡圖，設(shè)備布置圖及管道布置圖。關(guān)鍵詞：苯乙烯；減壓；精餾；設(shè)計(jì)AbstractThe content is the simulate putation and process design of 120000 t/a of styrene vacuum distillation system. The dehydrogenated mixture is separeted into styrene, ethylbenzene, benzene, toluene and other heavy constituents like flux oil with continuous rectification of four distillation columns. The purity of the styrene is more than %. The simulate putation of the whole process about the styrene vacuum distillation system has been pleted with PRO/II. The material balance has also been finished. According to the resulsts, heat balance and the equipments of the styrene separation tower (T0403) are strictly equipments putation consists of the determination of tower height, tower Drive, packing performance and size. The overhead condenser, feed pump, reflux accumulator and tower pipes are strictly calculated, selected and desighed. The engineering flow sheet with control points, material balance diagram, equipment layout and piping diagram have already finished.Key Words：Styrene。 Vacuum。 Distillation。Design I 目　　錄摘　　要 IAbstract II第一篇 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1第 1 章 精餾的原理概述 1 精餾原理 1 減壓精餾 1 苯乙烯的精餾技術(shù) 2第 2 章 苯乙烯產(chǎn)品介紹 4 苯乙烯的用途 4 苯乙烯的性質(zhì) 4 應(yīng)急處置 5 苯乙烯的貯存 6 管理信息 6 危險(xiǎn)特性 7第 3 章 苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù) 8 生產(chǎn)技術(shù)概述 8 苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展 8 乙苯脫氫法 8 環(huán)氧丙烷—苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法 10 熱解汽油抽提蒸餾回收法 10 丁二烯合成法 11 其他生產(chǎn)方法 11 小結(jié) 11第 4 章 苯乙烯的供需現(xiàn)狀 13 國(guó)內(nèi)外苯乙烯生產(chǎn)情況 13 13 14 國(guó)內(nèi)外苯乙烯市場(chǎng)需求情況 16 16 16第 5 章 苯乙烯的發(fā)展前景及建議 18 苯乙烯的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和前景 18 苯乙烯的發(fā)展建議 18第 6 章 工藝流程論述 20 苯乙烯的生產(chǎn)原理 20 工藝過(guò)程的確立 20 苯乙烯精餾工藝流程 21 主要工藝流程圖（PRO/II模擬） 22第 7 章 儀表及自控 23 精餾過(guò)程的操作分析 23 乙苯/苯乙烯分離塔（T0401）的主要儀表及自控 25 乙苯回收塔（T0402）的主要儀表及自控 25 苯乙烯塔（T0403）的主要儀表及自控 26 苯/甲苯分離塔（T0404）的主要儀表及自控 27 緊急停車 28第 8 章 生產(chǎn)工藝中的三廢 29 工業(yè)三廢概述 29 廢水、廢氣、廢渣來(lái)源 29 三廢的處理及綜合利用 29第 9 章 廠址選擇 32第 10 章 公用工程指標(biāo) 33第二篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書 35第 1 章 物料衡算 36 物料衡算概述 36 計(jì)算依據(jù) 36 PRO/II在化工設(shè)計(jì)及模擬中的應(yīng)用 37 設(shè)計(jì)要求 37 模擬結(jié)果匯總 38 熱量衡算概述 41 計(jì)算依據(jù) 41 溫度壓力的確定 42 熱量衡算 42第 3 章 T0403設(shè)備計(jì)算 45 物性參數(shù)計(jì)算 45 溫度壓力的確定 45 平均相對(duì)分子質(zhì)量的計(jì)算 45 平均密度的計(jì)算 45 液相平均表面張力的計(jì)算 46 液相平均黏度的計(jì)算 46 汽液負(fù)荷計(jì)算 46 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 47 填料的選擇 47 塔徑的計(jì)算與選擇 48 液體噴淋密度及空塔氣速的核算 49 填料層高度的計(jì)算 50 填料層壓降計(jì)算 50 其他各塔塔徑的確定 50第 4 章 T0403附屬內(nèi)件的選型和計(jì)算 52 填料支承板 52 床層限制板 52 液體分布器 53 除沫器 53 塔高度的計(jì)算 53 其他各塔塔高的確定 54 T0401塔高的確定 54 T0402塔高的確定 54 T0404塔高的確定 56第 5 章 T0403塔塔頂冷凝器計(jì)算 57 確定流體流動(dòng)的空間 57 計(jì)算傳熱負(fù)荷Q 57 選擇列管換熱器形式 57 估計(jì)傳熱面積 58 校核傳熱面積 58 冷凝傳熱系數(shù) 58 冷卻水側(cè)傳熱系數(shù) 58 總傳熱系數(shù)U計(jì)算 59 折流板 59 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 60 管程流體阻力 60 殼程流動(dòng)阻力 61 其他各塔冷凝器的簡(jiǎn)單選型 61 T0401塔塔頂冷凝器的簡(jiǎn)單選型 61 T0402塔塔頂冷凝器的簡(jiǎn)單選型 62 T0404塔塔頂冷凝器的簡(jiǎn)單選型 63第 6 章 塔底再沸器的計(jì)算與選型 65 T0401塔底再沸器的計(jì)算與選型 65 T0402塔底再沸器的計(jì)算與選型 65 T0403塔底再沸器的計(jì)算與選型 66 T0404塔底再沸器的計(jì)算與選型 67第 7 章 進(jìn)料泵的設(shè)計(jì)與選型 69 泵吸入與排出管線流速 69 管路阻力系數(shù)的計(jì)算 70 進(jìn)料泵的選型 70第 8 章 塔頂回流罐的選型 72 T0401塔頂回流罐的選型 72 T0402塔頂回流罐的選型 72 T0403塔頂回流罐的選型 72 T0404塔頂回流罐的選型 72第 9 章 塔接管的選型 74 T0401塔接管的選型 74 T0401塔進(jìn)料管 74 T0401塔回流管 74 T0401塔塔底出料管 74 T0401塔塔頂蒸汽出料管 74 T0401塔塔底蒸汽進(jìn)氣管 75 T0402塔接管的選型 75 T0402塔進(jìn)料管 75 T0402塔回流管 75 T0402塔塔底出料管 75 T0402塔塔頂蒸汽出料管 76 T0402塔塔底蒸汽進(jìn)氣管 76 T0403塔接管的選型 76 T0403塔進(jìn)料管 76 T0403塔回流管 76 T0403塔塔底出料管 77 T0403塔塔頂蒸汽出料管 77 T0403塔塔底蒸汽進(jìn)氣管 77 T0404塔接管的選型 77 T0404塔進(jìn)料管 77 T0404塔回流管 77 T0404塔塔底出料管 78 T0404塔塔頂蒸汽出料管 78 T0404塔塔底蒸汽進(jìn)氣管 78第 10 章 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 79 化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的意義 79 技術(shù)指標(biāo)及基本參數(shù) 79 經(jīng)濟(jì)分析 84結(jié)　　論 87參 考 文 獻(xiàn) 88附錄A 相關(guān)參數(shù)的PRO/II模擬結(jié)果匯總 89附錄B 熱力學(xué)計(jì)算包使用方法及計(jì)算原理 94 熱力學(xué)計(jì)算包的使用方法 94 熱力學(xué)計(jì)算包的計(jì)算原理 96附錄C 主要符號(hào)說(shuō)明 98附錄D 主要設(shè)備一覽表 99致　　謝 103 3 第二篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書第 1 章 物料衡算 物料衡算概述物料衡算是化工設(shè)計(jì)計(jì)算中最基本、最重要的內(nèi)容之一。在解決設(shè)計(jì)設(shè)備尺寸前要定出所處理的物料量。整個(gè)過(guò)程或其某一步驟中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物之間的關(guān)系可通過(guò)物料衡算確定。隨著世界工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于衡量生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，合理性等問(wèn)題，便成為組織生產(chǎn)中的重要問(wèn)題，化工產(chǎn)品的生產(chǎn)也是如此，生產(chǎn)過(guò)程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，例如產(chǎn)品產(chǎn)量，原料消耗量，公用工程的水、電、氣的消耗量，聯(lián)產(chǎn)品和副產(chǎn)品的數(shù)量等都是十分重要的工藝指標(biāo)，為了衡量其先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性，就要進(jìn)行化工生產(chǎn)中的局部或全部的物料衡算和熱量衡算。物料衡算是三算中最基本的，因此進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行物料衡算，物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒?；どa(chǎn)基本采用連續(xù)化生產(chǎn)，其特點(diǎn)是不間段、穩(wěn)定的向反應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備投入物料，同時(shí)產(chǎn)出相應(yīng)的物料，設(shè)備中某一區(qū)域的反應(yīng)參數(shù)（如溫度、壓力、濃度、流量）不隨時(shí)間而改變，局部反應(yīng)條件可以不一致，但總條件不隨時(shí)間變化。物料衡算是在工藝路線確定之后，開始工藝流程的設(shè)計(jì)并繪制出工藝流程草圖后進(jìn)行的。物料衡算采用的是定量的方法，計(jì)算出流程中計(jì)入與離開每一過(guò)程或設(shè)備的各物流的數(shù)量，組成及各組分的含量。為進(jìn)行能量衡算，設(shè)備選型或工藝設(shè)計(jì)，確定原料消耗定額等提供依據(jù)。 計(jì)算依據(jù)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得，進(jìn)入任何過(guò)程的物料質(zhì)量應(yīng)等于從該過(guò)程離開的物料質(zhì)量與積存于該過(guò)程中的物料質(zhì)量之和。得到物料衡算式：進(jìn)入系統(tǒng)的物料量=流出系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)累計(jì)的物料量對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，∑累計(jì)=0，此時(shí)∑進(jìn)=∑出。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)一個(gè)體系內(nèi)質(zhì)量流動(dòng)及變化的情況用數(shù)學(xué)式描述物料平衡關(guān)系則為物料平衡方程[12]。物料平衡方程基本表達(dá)式為：∑F0=∑D+A+∑B式中：F0—輸入體系的物料質(zhì)量；D—離開體系的物料質(zhì)量；A—體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；B—過(guò)程損失的物料質(zhì)量。 PRO/II在化工設(shè)計(jì)及模擬中的應(yīng)用Simsci公司的PRO/II流程模擬軟件用于化工過(guò)程嚴(yán)格的質(zhì)量和能量平衡模擬計(jì)算，可以提供在線模擬，其計(jì)算模型已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。PRO/II有標(biāo)準(zhǔn)的ODBC通道，可同換熱器計(jì)算軟件或其他大型計(jì)算軟件相連，另外還可與WORD、EXCEL、數(shù)據(jù)庫(kù)相連，計(jì)算結(jié)果可在多種方式下輸出。該軟件在20實(shí)世紀(jì)80年代進(jìn)入中國(guó)后，在一些大的石化和化工設(shè)計(jì)院廣泛地應(yīng)用，使用該軟件可以降低用戶成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和效益、增強(qiáng)管理策略。PRO/II適用于：油/氣加工、煉油、化工、化學(xué)、工程和建筑、聚合物、精細(xì)化工/制藥等行業(yè)，主要用來(lái)模擬設(shè)計(jì)新工藝、評(píng)估改變的裝置配置、改進(jìn)現(xiàn)有裝置、依據(jù)環(huán)境規(guī)則進(jìn)行評(píng)估和證明、消除裝置工藝瓶頸、優(yōu)化和改進(jìn)裝置產(chǎn)量和效益等[13]。本次設(shè)計(jì)采用PRO/II軟件對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行模擬計(jì)算，方便、快捷、準(zhǔn)確。 設(shè)計(jì)要求（1）原料組成原料組成（質(zhì)量%）見表11。表11 原料組成表Component 組分Wt%Benzene苯Toluene甲苯1Ethyl benzene乙苯24Styrene苯乙烯70αmethyl styrene α甲基苯乙烯Flux OilTotal100（2）回收產(chǎn)品純度苯乙烯≥%，α甲基苯乙烯≤%，苯乙烯收率≥%。（3）乙苯/苯乙烯塔頂壓力乙苯/。（4）年工作時(shí)間年工作時(shí)間8000小時(shí)。 模擬結(jié)果匯總物料衡算式為： 由PRO/Ⅱ?qū)υ摬僮髁鞒痰哪M可知，對(duì)于T0401：F=，D=，W=, 由于精餾過(guò)程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，故給出摩爾組成：,。同樣，對(duì)于T0403：F= ，D= ，W= , ,。T0401的物料衡算結(jié)果見表12~14。表12 T0401進(jìn)料組成表組分質(zhì)量分率wt%質(zhì)量流量kg/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h苯甲苯乙苯苯乙烯α甲基苯乙烯焦油表13 T0401塔頂組成表組分質(zhì)量分率wt%質(zhì)量流量kg/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h苯甲苯乙苯苯乙烯表14 T0401塔底組成表組分質(zhì)量分率