【正文】 書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。針對(duì)設(shè)計(jì)要求對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行物料衡算，熱量衡算，然后根據(jù)物料平衡對(duì)苯乙烯精餾塔進(jìn)料量、塔頂、塔底出料量進(jìn)行物料衡算，對(duì)苯乙烯精餾塔的塔高、塔頂冷凝器、塔底再沸器理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇；并且分 別對(duì)精餾段、提餾段進(jìn)行了校核。 暴露于空氣中逐漸發(fā)生聚合及氧化。苯乙烯的主要用途有 ： 1． PS（聚苯乙烯）、 ABS 苯乙烯與丁二烯、丙烯 腈 共聚，其共聚物可用于生產(chǎn) ABS 工程塑料；丙烯晴、丁二烯、苯乙烯。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。乙苯催化脫氫法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找高活性和高選擇性的催化劑，一開(kāi)始采用的是鋅系、鎂系催化劑，以后逐漸被綜合性能更好的鐵系催化劑所替代。蘭州石化分公司研究院還從催化劑配方和制備工藝入手，開(kāi)發(fā)出 了以鐵 鉀 鈰 鉬 鎂為主要體系的低鉀型乙苯脫氫催化劑。氧化脫氫反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在熱力學(xué)上有利于苯乙烯的生成?！?Smart”工藝流程與 Lummus/UOP 苯乙烯工 藝流程基本相同，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有較大的差別， 3 主要是在傳統(tǒng)脫氫反應(yīng)器中增加了氫氧化反應(yīng)過(guò)程。目前，世界上有 5套苯乙烯生產(chǎn)裝置采用乙苯氧化脫氫工藝進(jìn)行生產(chǎn)，另外一些新建生產(chǎn)裝置大都準(zhǔn)備采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)。反應(yīng)產(chǎn)物中苯乙烯與環(huán)氧丙烷的質(zhì)量之比為 ： 1。將乙苯脫氫的吸熱和丙烯氧化的放熱兩個(gè)反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，節(jié)省了能量，解決了環(huán)氧丙烷生產(chǎn)中的三廢處理問(wèn)題。 熱解汽油抽提蒸餾回收法 從石腦油、瓦斯油蒸汽裂解得 到的熱解汽油中直接通過(guò)抽提蒸餾也可以制得苯乙烯。據(jù)估算，一套以石腦油為裂解原料的 萬(wàn)噸 /年乙烯裝置大約可回收約 萬(wàn)噸 /年的苯乙烯。之后的氧化脫氫采用以氧化鋁為載體的錫 /銻催化劑，在氣相中進(jìn)行。液相反應(yīng)在 80℃和 下進(jìn)行，丁二烯轉(zhuǎn)化率大于 95%， 4乙烯基環(huán)己烯選擇性為 100%。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。世界上用該法生產(chǎn)的苯乙烯的總產(chǎn)量約占世界苯乙烯總量的10%。預(yù)計(jì) 20xx 年亞洲苯乙烯需求仍可以 6%— 7%的增幅增長(zhǎng)，其中中國(guó)對(duì)苯乙烯需求旺盛是預(yù)測(cè)需求穩(wěn)定增長(zhǎng)的主要原因，中國(guó)建筑行業(yè)對(duì) PS和發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)的需求量很大，制造業(yè)的加工出口對(duì) PS亦有極大需求。隨著石化產(chǎn)業(yè)的回暖，世界苯乙烯裝置的新增生產(chǎn)能力不增增多， 20xx年生產(chǎn)能力增加 %， 20xx 年增加 %[6]。其中印度石油公司計(jì)劃在今年 10 月投產(chǎn)一套 60 萬(wàn)噸 /年苯乙烯裝置；泰國(guó) PTT 芳烴煉 油公司計(jì)劃在 20xx 年投產(chǎn)一套 30 萬(wàn)噸 /年裝置；泰國(guó) IRPC 正在對(duì)苯乙烯裝置進(jìn)行擴(kuò)能，預(yù)計(jì) 6 萬(wàn)噸 /年新增產(chǎn)能將在 20xx 年投產(chǎn)；韓國(guó)湖南石化與卡塔爾國(guó)際工業(yè)控股公司在卡塔爾新建的一套 60 萬(wàn)噸 /年苯乙烯裝置將在今年投產(chǎn)；墨西哥國(guó)家石油公司正在對(duì)苯乙烯進(jìn)行擴(kuò)能 10 萬(wàn)噸 /年，也將在期間投產(chǎn) 。 國(guó)內(nèi)外苯乙烯生產(chǎn)與發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)分析 我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)大多采用乙苯脫氫法，但發(fā)展較為緩慢。其中中石化產(chǎn)量占 %，中石油占 40%，其余 %[7]為地方投資。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)苯乙烯的表觀(guān)需求量逐年增長(zhǎng)， 20xx— 20xx 年，由 220 萬(wàn)噸增加到 548 萬(wàn)噸， 7 年累計(jì)增加了 150％。據(jù)調(diào)查， 20xx 年之前，國(guó)內(nèi)新建或者擬建的苯乙烯項(xiàng)目大約有 10 個(gè)，有約 250 萬(wàn)噸的產(chǎn)能于 20xx 年建成。 隨著我國(guó)建材、家電和汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì) PS、 ABS 樹(shù)脂以及苯乙烯系列橡膠SBR、 SBS 等需求將繼續(xù)保持較快增速，尤其是未來(lái)幾年我國(guó) PS 市場(chǎng)需求將以年均 %的速度增長(zhǎng)，相對(duì)應(yīng)苯乙烯的需求量也將不斷增加。 目前國(guó)內(nèi)所采用的苯乙烯生產(chǎn)工藝多為乙苯催化脫氫工藝，單套裝置的年產(chǎn)量較小，未來(lái)關(guān)于苯乙烯生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)方向主要集中在提高單套裝置的年生產(chǎn)能力。而本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是粗苯乙烯精餾工段，即苯乙烯和焦油的分離過(guò)程的設(shè)計(jì)。 10 蒸汽 由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā) (低沸點(diǎn) )組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā) (高沸點(diǎn) )組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移 ，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達(dá)到組分分離的目的。蒸餾按照其操作方法可分為：簡(jiǎn) 單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。 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。蒸汽既加熱反應(yīng)進(jìn)料、減少吸熱反應(yīng)的溫度降，同時(shí)蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反應(yīng)平衡向著苯乙烯 (SM)方向進(jìn)行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活性。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類(lèi)后再用作蒸汽過(guò)熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機(jī)混合物（ DM）。 在脫氫反應(yīng)器 600℃條件下，加入定量的水蒸氣、乙苯和氧氣混合氣體，反應(yīng)完全后；通到冷凝器進(jìn)行冷凝、降溫；輸送到氣體壓縮機(jī)油水分離器將有機(jī)相和無(wú)機(jī)相分離，保持恒溫 20℃左右；和阻聚劑一起加到粗餾塔中，初步分離，塔頂為乙苯、苯和甲苯，塔底為苯乙烯、焦油；將其送至乙苯塔和苯乙烯精制塔，乙苯塔分離出乙苯和甲苯、苯，把乙苯送回脫氫反應(yīng)器，還將甲苯和苯送到苯∕甲苯塔分離，分離出甲苯和苯。連續(xù)式操作，原料及能量消耗低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，因此比較經(jīng)濟(jì)；但總投資較大，占地面積較大，一般單線(xiàn)生產(chǎn)能力為 2～ 10萬(wàn)噸 /年。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為 30 萬(wàn)噸 /年。開(kāi)工因子一般取為 ～ 。 質(zhì)量守恒定律 質(zhì)量守恒定律是“進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，必須等于離開(kāi)這個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，再加上過(guò)程中損失量和在系統(tǒng)中累計(jì)量”。原料水蒸氣含 5%的雜質(zhì)氣體。 表 苯乙烯精餾塔的物料衡算表 序號(hào) 物料名稱(chēng) 質(zhì)量 Kg 序號(hào) 物料名稱(chēng) 質(zhì)量 Kg 1 苯乙烯 塔頂 苯乙烯 2 焦油 3 阻聚劑 塔底 焦油 阻聚劑 總計(jì) 總計(jì) 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是該工段的設(shè)計(jì)與選型，通過(guò)對(duì)本工段的物料衡算、熱量衡算以及對(duì)相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算，得到本設(shè)計(jì)的主體設(shè)備苯乙烯精餾塔的塔高、塔徑、塔板數(shù)等一系列數(shù)據(jù)，構(gòu)成本設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容。 從（ 1— 1）式中可得： 2 4 5 6 1 3Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? (5— 2) 式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法 熱量計(jì)算 1Q 和 4Q 的計(jì)算 1Q 和 4Q 均可以用下式計(jì)算： 12()iiQ mcT T?? (5— 3) 式中： im — 反應(yīng)物體系中組分 i的質(zhì)量， Kg。 18 12()TT — 反應(yīng)物系反應(yīng)前后的溫度，℃ 1 ( ) 3 7 3Q m c m c m c? ? ? ?水 水 氧 氣 氧 氣乙 苯 乙 苯 =[(49136 )+(147410 )+(6666)] 373 KJ= 4 ( + ) 3 7 3Q m c m c m c m c m c? ? ? ? ?焦 油 焦 油乙 苯 乙 苯 苯 乙 烯 苯 乙 烯 甲 苯 甲 苯 苯 苯 =[（ ） +（ 43390 ） +（ ） +（ ） +（ ） ] 373 = Q5 的計(jì)算 冷凝器帶走的熱量 Q5 = 6Q 的計(jì)算 設(shè)備向四周散失的熱量 6Q 可用下式計(jì)算： 36 ( ) 1 0wQ A T T?? ?? ? ? ? ? (5— 4) 式中 A— 設(shè)備散熱銘記（㎡）； Tw— 設(shè)備外表溫度，℃； T— 環(huán)境介質(zhì)溫度，℃； θ — 操作過(guò)程持續(xù)時(shí)間（ s） ； α — 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)， W/(㎡ 0 0 0( ) ( )r c R c Pq q q? ? ?? (5— 7) 反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為： 乙苯（ ） 苯（ KJ/mol） 甲苯（ ） 0rq =（ +） KJ/mol=rQ = 3Q =(1000 43390 )= 熱負(fù)荷 2Q 的計(jì)算 2 = + + + )Q Q Q Q Q Q4 5 6 1 3（ ） ( =(++)（ +） = 查手冊(cè)得冷卻水得 pC 為 (Kg 表 苯乙烯精餾塔氣液平衡數(shù)據(jù)表 t∕℃ 115 120 125 130 ? x y 由于實(shí)際進(jìn)料中苯乙烯的含量相對(duì)較大，故對(duì)平衡曲線(xiàn)圖進(jìn) 行適當(dāng)調(diào)整，平衡曲線(xiàn)如下圖 所示： 圖 苯乙烯 焦油平衡曲線(xiàn)圖 求最小回流比及操作回流比： 進(jìn)料線(xiàn)（ q線(xiàn)）與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)為 qy ? qx ? 23 故最小回流比為 qm i n qqxy 0 . 9 9 9 0 0 . 9 9 8 4 0 . 0 0 0 6 1 . 2y x 0 . 9 9 8 4 0 . 9 9 7 9 0 . 0 0 0 5DR ? ?? ? ? ??? 取操作回流比為 R=2 m in 2 ? ? ? 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L=RD= =V=(R+1)D=(+1) =1 9 6 0 . 9 6 4 0 0 . 8 5 1 3 6 1 . 8 1L L F? ? ? ? ?kmol/h 1 ?? kmol/h 相對(duì)揮發(fā)度取其平均值 ? 平 =[16] 全回流下的最小理論板層數(shù) :Nmin= WDDW1xx1 ln [ ( ) ( ) ] 1ln 1 x x? ? ?? 代入數(shù)據(jù)解得 : Nmin= 利用吉利蘭（ Gilliland）關(guān)聯(lián)圖 ，用簡(jiǎn)潔法求理論板層數(shù) 圖 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖 Y=+ 24 式中 : X=(RRmin)/(R+1) Y=(NNmin)/(N+2) 代入數(shù)據(jù)算得： X= NT= 實(shí)際的塔板數(shù)為 N 實(shí) =由精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度算得 N1=18，即第 18 塊塔板為進(jìn)料板 精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 ???DP kPa 每層塔板壓降 PP?? 進(jìn)料板壓力 1 0 1 .3 0 .7 4 5 1 3 2 .8FP ? ? ? ?kPa 精餾段平均壓力 m 1 0 5 .3 1 3 2 .8 / 2 1 1 9 .0 5 k aPP? ? ?（ ） 操作溫度計(jì)算 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，其中苯乙烯，焦油的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。 應(yīng)選用凹形受液盤(pán)，深度為 h m? 塔板布置 ① 塔板 的分塊 因 D≥ ，故塔板采用分塊式。 液沫夾帶 液沫夾帶量由下式計(jì)算，即 af 10e hVLTH?? ? ???? ????? fh ? ? ? ? 故 3. 2635 .7 1 0 0 .9 8e 0 .0 4 5 9 k g2 0 .0 8 1 0 0 .4 5 0 .2 5V ????????????? 液∕ kg 氣 液 /kg 氣 故本設(shè)計(jì)在液沫夾帶在允許的范圍內(nèi) . 漏液 對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速 0 min?， 可由下式計(jì)算，即 0 m i n 4 . 4 0 . 7 7 2 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 h h ) LLV? ???? ? ? ?， （ ） =∕ s 實(shí)際孔速 0 ? ∕ s 穩(wěn)定系數(shù)為 K= 00 ,m in1 0 .6 4 1 .7 36 .1 5 7uu ??﹥ 故設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。年產(chǎn) 30萬(wàn)噸苯乙烯車(chē)間粗苯乙烯車(chē)間精餾工段的工藝設(shè)計(jì)如下表 所示 ： 表 篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) (精餾段 /提餾段） 1 平均溫度 tm ℃ 2 平均壓力 Pm kPa 3 氣相流量 Vs m3 /h 4 液相流量 Ls m3 /h 5 實(shí)際塔板數(shù) Nt 45 6 有效高度 Z m 7 塔徑 D m 8 板間距 HT m 9 溢流形式（降液管） 雙溢流弓形 10 堰長(zhǎng) l。 33 第 7 章 精餾塔工藝參數(shù)匯總 通過(guò)對(duì)整個(gè)工藝流程和苯乙烯精餾塔進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，以及對(duì)苯乙烯精餾塔的塔徑、 塔高及其他相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇。 ② 邊緣區(qū)寬度確定 取 1s s c0 .0 7 m 0 .0 7 mW W W? ? ?，[18] ③ 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 開(kāi)孔區(qū)面積 Aa按下式計(jì)算，即 22 2 1a r2 r sin18 0 rA ???? ?? ? ?（ ） 其中ds 1 . 9 0 . 3 1 9 2 0 . 0 7 1 . 5 8 m2D WW? ? ? ? ? ? ? ?（ ） （ ） r 1 .9 0 .0 7 1 .8 3 m2CD W? ? ? ? ? 故 ）（