【正文】 了分離部分的能耗和單耗；以氫氧化的熱量取代中間換熱，節(jié)約了能量；甲苯 的生成需要氫，移除氫后減少了副反應的發(fā)生；采用氧化中間加熱，由反應物流或熱泵回收潛熱，提高了能量效率，降低了動力費用，因而經濟性明顯優(yōu)于傳統工藝。 1930 年美國道化學公司首創(chuàng)由乙苯脫氫法生產苯乙烯工藝，但因當時精餾技術未解決而未工業(yè)化。 Bonastre 蒸餾一種天然香脂 蘇合香時才發(fā)現的。南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 64 頁 年產 10萬 噸 苯乙烯 工藝設計 一、前言 苯乙烯，分子式 88HC ，結構式 256 CHCHHC ? ,是不飽和芳烴最簡單、最重要的成員，廣泛用作生產塑料和合成橡膠的原料。1893 年 E直至 1937 年道化學公司和 BASF 公司才在精餾技術上有突破 ， 獲得高純度苯乙烯單體并聚合成穩(wěn)定、透明、無色塑料。 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 64 頁 二、設計部分 （一）生產工藝的選擇 （ 1） 環(huán)球化學∕魯姆斯法 以 乙苯 為原料，采用 脫氫反應器，由開始的單級軸向反應器，中間經歷開發(fā)了雙級軸向反應器到雙徑向反應器再到雙級徑向反應器的各種組合優(yōu)化的多種反應器；反應器的操作壓力有開始的正壓發(fā)展到今天的負壓；汽油比有開始的:1 發(fā)展到今天 ： 1；蒸汽消耗由開始的 10kg∕ kgSM 發(fā)展到今天 的 4kg∕kgSM。 圖 UOP∕ Lummus 的 Classic SM 工藝流程 UOP∕ Lummus 的“ SMART” SM 工藝是在 Classic SM 工藝基礎上發(fā)展的一項新工藝 ，即在 工藝 Classic SM 工藝 的脫氫反應中引入了部分氧化技術。 目前采用 “ SMART” 工藝 SM 裝置有 3套在運行。其流程如下圖所示： 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 64 頁 圖 巴斯夫法工藝流程示意圖 （ 4） Halcon 法 Halcon 法 又稱 PO－ SM 聯產法。環(huán)氧化反應液經蒸餾得環(huán)氧丙烷。 （ 6） 環(huán)氧丙烷聯產 法 環(huán)氧烷聯產法是先將乙苯氧化成乙苯氫過氧化物 ， 再使之在 Mo、 W 催化劑存在下與丙烯反應生成環(huán)氧丙烷和 ? － 苯乙醇 ， 后者脫水可得到苯乙烯。 （ 1）反應歷程 催化劑 C2H5 CH=CH2 ＋ H2 500～ 600℃ 熱量??? OHOH222 21 除脫氫反應外，同時發(fā)生一系列副反應，副產物甲苯、甲烷、乙烷、焦油等； 42665256 HCHCHCHC ?? 425625256 CHCHHCHHCHC ??? 626625256 HCHCHHCHC ??? 25256 58 HCHCHC ?? 2225256 21816 HCOOHHCHC ??? 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 64 頁 為了減少在催化劑上的結炭 ，需要在反應器進料中加入高溫水蒸氣，從而發(fā)生下述反應 ： 222 2 HCOOHC ??? 脫氫 反應式 1mol 乙苯生成 2mol 產品（苯乙烯和氫氣），因此加入蒸氣也可使苯乙烯在系統中的分壓降低，有利于提高乙苯的轉化率。將原料中的 水蒸氣 （ 按比例 過量）有助于 反應向 右移， 也要 嚴格控制反應溫度 。 （ 5）催化劑的選取 1） 催化劑以三氧化二鐵為主，加上氧化鉻、氧化銅、氧化鉀等助催化劑涂于氧化鐵或碳酸鉀等載體上， 使反應更好的發(fā)生 ，有利于 苯乙烯 的生成。 化工生產的操作可分為全間歇、半間歇、連續(xù)、半連續(xù)四種：在全間歇操作中，整批物料投在一個設備單元中處理一定時間，然后整批輸送到下一個工序；半間歇操作過程是間歇操作過程的連續(xù)操作過程。由于 苯乙烯用量很大，需連續(xù)化大生產 。每 日 生產能力 同樣 為 333 103Kg 苯乙烯 ，這樣的規(guī)模采用 連續(xù) 操作是比較合理的。開工因子 =生產裝置開工時間 /年自然時間。全年 365 天，則年生產 250～ 300 天；因此除去季保養(yǎng)、 月保養(yǎng)、修理、放假等總計 65 天，則年工作日為（ 36565）天 =300 天。 質量守恒定律是“進入一個系統的全部物料量，必須等于離開這個系統的全部物料量，再加上過程中損失量和在系統中累計量”。 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 64 頁 表 進出 脫氫反應器 的物料衡算表（ Kg/批） 輸入 輸出 序號 物料名稱 質量 Kg 序號 物料名稱 質量 Kg 1 乙苯（ %） 1 乙苯 （ 100%） 2 水蒸 汽 51716 2 水蒸 汽 51716 3 氧氣 3 水 蒸汽 4 催化劑 205 4 苯乙烯 14460 5 甲苯 6 苯 7 焦油 11 8 催化劑 205 總計 總計 （ 2） 冷凝 油水分離 階段 的物料衡算 脫氫 結束后混合物 溫度很高 ，用 冷凝器 加以 冷凝 ， 除 去水 ，溫度必須控制在 20℃ 左右 ，進出 冷凝器 的物料衡算見表 。 表 苯乙烯 精餾塔 的物料衡算表 輸 入 輸出 序號 物料名稱 質量 Kg 序號 物料名稱 質量 Kg 1 苯乙烯 14460 塔頂 苯乙烯 14460 2 焦油 11 3 阻聚劑 4 塔底 焦油 11 5 阻聚劑 總計 總計 （ 6）苯∕甲苯的物料衡算 將乙苯塔塔頂的物料送到苯∕甲苯塔中，進行分離。 Q6— 設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 ,KJ。 ci— 組分 i 在 0— T℃ 時的平均比熱容， KJ/(Kg*℃) 或 KJ/(Kmol ℃ ) Q6=1 1( 10025)33600 103 = （ 4）過程效應熱 Q3的計算 過程效應熱可分為兩類，一類是化學過程熱效應即化學反應熱效應；另一類是物理過程熱效應。 GA— 參與化學反應的 A物質質量， Kg。故 D= hkoml ,F=?F ， 要求塔頂餾出液的組成為 ? ,塔底釜液的組成為 ? 。 采用作圖法求最 小回流比。計算結果如下： 塔頂溫度 ?D ℃ 進料板溫度 ?F ℃ 精餾段平均溫度 m ???? ）（ ℃ 3. 平均摩爾質量計算 塔頂平均摩爾質量計算 由 1 ??D 查平衡曲線得 1x = ?mVDM +（ ） =∕ koml ?mLDM +（ ） = kg∕ koml 進料板平均摩爾質量計算 由圖解理論板得 ?Fy 查平衡曲線得 ?Fx ?mVFM +（ ） = kg∕ koml ?mLFM +（ ） = kg∕ koml 精餾段平均摩爾質量 ?mVM （ +）247。 2= mN∕ m 6. 液體平均粘度計算 液體平均粘度依下式計算，即 Lg iim lgx ?? ??L 塔頂液相平均粘度的計算 由 Dt =℃ ,查 物性 手冊得 ?A? s ?B? mPa s 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 22 頁 共 64 頁 精餾段的氣、液相體 積流率為 ????? 6 0 0 5 8 4 6 0 0 mmVVS VMV ? 3m ∕ s VVLLLSCLML????????????m a x3mm sm0 0 1 6 0 03 6 0 0由 式中 C由式計算，其中的 20C 由 課本 查取，圖的橫坐標為 21hh 0 23 6 0 00 0 3 6 0 00 0 1 ）（???VLVL ?? = 取板間距 ?TH ，板上液層高度 hL =，則 TH hL == 查圖得 20C = )20( ????????? LCC ? sm1 9 a x ???VVLC ? ??? 取安全系數為 ，則空塔氣速為 U= ?maxU =∕ s D= ???? ??? SV m 按標準塔徑園整后為 D= 塔截面積為 22 ???? ?? DAT 實際空塔氣速為 ??? 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 23 頁 共 64 頁 2. 精餾塔有效高度的計算 精餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 精精 1 （ 101） = 提餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 提提 1 （ 151） = 在進料板上方開一人孔，其高度為 故精餾塔的有效高度為 Z= ??? ZZ ++=10m 1. 溢流裝置計算 因塔徑為 D=，可選單溢流弓形降液管，采用 凹形受液盤。查 課本 得，塔板分為 3塊。 液沫夾帶量由 下 式計算，即 fa6 ???????? ??? ?TLV H?? f ???? L 故 36 ????????? ???? ??V∕ kg 氣 故本設計在液沫夾帶在允許的范圍內。 t∕℃ 137 138 139 140 ? x y 溫度為 20℃進料 ① 利用平衡數據，在直角坐標圖上繪出平衡曲線及對角線，如圖所示。 ③ 先按下法計算 q 值?！妫? 所以 1 3 7 2 1 3 7 rtcq m mp ??????? 8 1 4 5 5 5 q ???? 再從點 e作斜率為 的直線，即得 q 線。 t∕℃ 115 120 125 130 ? x 0 y 0 溫度為 20℃進料 ① 利用平衡數據，在直角坐標圖上繪出平衡曲線及對角線，如圖所示。原料液的汽化熱為 7 0 4 m ??????? ∕ koml 查出進料組成 ?F 時溶液的泡點為 110℃，平均溫度為（ 110+20247。 ④ 連接 cd，即為提餾段操作線。 、塔底產品的摩爾分率 苯乙烯 的摩爾質量 A ? kg/kmol 焦油 的摩爾質量 （假設） 300M B ? kg/kmol ?F ? ? 、塔底產品的平均摩爾質量 ?FM +() 300=?DM +() 300= kg/kmol ?BM +() 300= 原料處理量 F=再根據物料衡算可知， kg14 46 0m ?苯乙烯 ， kg11m ?焦油 ；可見苯乙烯精餾塔中只有微量的焦油，故可設定 塔高和塔徑 ： 精餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 精精 1 （ 101） = 提餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 提提 1 （ 51） = 在進料板上方開一人孔，其高度為 故精餾塔的有效高度為 Z= ??? ZZ ++=5m 塔徑取 D= 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 33 頁 共 64 頁 冷凝器的設計 冷凝器按其制冷介質和冷卻方式 ,可以分為水冷式 ,空氣冷卻式和蒸發(fā)式三種類型。 ℃ )； t－冷流體的溫度， ℃ 。根據“淺池原理”即可以采用低浮升高度的多層板結構 ,以增大浮升面積 ,提高油滴脫除效率。 另一種強化途徑是 ， 使含油污水中的細小油滴通過聚結床合并為大油滴 ， 則能使脫油效率得到較大的提高 ， 這就是油滴的聚結 。 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 35 頁 共 64 頁 過熱蒸汽爐 過熱蒸汽爐的設計依據是按 《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》 和 《工業(yè)鍋爐通用技術條件》 的規(guī)定 , 并以 “安全可靠、 節(jié)能經濟、 保護環(huán)境、 配套齊全、 好用好造” 為原則設計的。 3%。 4） 儀表電源用 100 伏 和 24 伏。h治理辦法首先從工藝上減少廢水的排放量，用沉降法分離廢水中的懸浮物質，苯為有毒物質可以考慮用活性分離或膜分離等處理方法將其分離，也可用連續(xù)萃取的方法將其做回收處理，經處理的廢水達標后方可排放或做循環(huán)利用 [13]。 ： 化學工業(yè)固體工業(yè)廢棄物屬工業(yè)固體廢棄物的一種，主要指硫酸燒渣、鉻渣、制堿廢渣和磷肥工業(yè)廢渣。 （ 八）經濟效益核算 本工藝采用連續(xù)操作，每天三班，勞動定員配置參照國家有關企業(yè)勞動定員，定額標準進行編制。 （ 2）非生產性輔助設施：包括辦公樓、宿舍、食堂及生活福利設施。 （ 2）庫存產品、半產品所占用資金。 考慮到化工設備特點，折舊年 限一般在 8～ 15年。 南華大學化 學化工