【正文】 而作為熱引入反應器。 50 年來，苯乙烯生產技術不斷提高，到 50年代和 60年代已經成熟 ， 70年代以后由于能源危機和化工原料價格上升以及消除公害等因素，進一步促進老工藝以節(jié)約原料、降低能耗、消除三廢和降低成本為目標進行改進，取得了許多顯著成果，使苯乙烯生產技術達到新的水平。 1867 年 Berthelot 發(fā)現乙苯通過赤熱陶管能生成苯乙烯，這一發(fā)現被視為苯乙烯生產的起源。 苯乙烯是 1827 年由 M如結晶型苯乙烯、橡膠改性抗沖聚苯乙烯、丙烯腈 丁二烯 苯乙烯三聚體（ ABS）、苯乙烯 丙烯腈共聚體（ SAN） 、苯乙烯 順丁烯二酸酐共聚體（ SMA）和丁苯橡膠 (SBR)。 Simon 同樣用水蒸氣蒸 餾法由蘇合香中得到該化合物并命名為苯乙烯。1941～ 1945 年道化學、孟山都化學、 Farben 等公司各自開發(fā)了自己的苯乙烯生產技術 ，實現了大規(guī)模工業(yè)生產。 UOP∕ Lummus 的 Classic SM 流程中 乙苯脫氫工藝裝置主要有蒸汽過熱爐、絕熱型反應器、熱回收器、氣體壓縮機和乙苯∕苯乙烯分離塔?？商岣咭冶絾纬剔D化率達 80%以上。 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 64 頁 圖 Lummus 的 SMART 乙苯脫氫工藝流程圖 表 “ SMART”與 Classic 比較 反應條件和結果 Classic “ SMART”工藝 苯乙烯選擇性 ∕ % 乙苯轉化率 ∕ % 85 水比 蒸汽 ∕苯乙烯∕ t∕ t 燃燒油 ∕苯乙烯∕ kg∕ t （ 2） Fina∕ Badger 法 Badger 工藝采用絕熱脫氫，蒸汽提供脫氫需要的熱量并降低進料中乙苯的分壓和抑制結焦。 Halcon 法 公司開發(fā)，于 1973 年在西班牙實現工業(yè)化。環(huán)氧化另一產物甲基芐醇在 260℃、常壓下脫水得苯乙烯。其優(yōu)點是克服了 3AlCl 法有污染 、 腐蝕和需要氯資源的特點 ； 缺點是流程長 、 投資大 ，對原料質量要求較高 ， 操作條件嚴格 ， 聯產品多 ， 每噸苯乙烯聯產 左右的環(huán)氧丙烷 ， 因此不適宜建中小型裝置 。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，投料比為水蒸氣：乙苯 =2～ 3： 1（質量 比 ），反應所得的氣體混合物經冷凝、油水分離、多塔分離和精制，制得苯乙烯。 （ 2） 冷凝 過程 在 冷凝器 中， 將脫氫反應的產物冷凝，降低其溫度。 2） 阻聚劑 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 64 頁 （ 1）投料配比 水蒸氣 ： 乙苯 =3： 1（ 質量比 ） 乙苯：氧氣 =1： 1（質量比） （ 2）溫度、壓強和時間 脫氫 溫度控制在 600℃左右， 負 壓； 多塔分離控制在常溫 ，常壓。全間歇與半間歇（統稱間歇式操作）的優(yōu)點是設備簡單，改變生產品種容易；其缺點是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動生產率低，產品質量不穩(wěn)定。采用 連續(xù)式 操作比較有利。 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 64 頁 、原料規(guī)格及參考用量 （ 1）產品 化學名稱： 苯乙烯 英文名稱： styrol 規(guī) 格：含量≥ % 分子量 ： 沸 點： ℃ 熔點 ： － ℃ 折 光 率： （ 25℃） 結構式 ： CH=CH2 產品用途：本品是不飽和芳烴，廣泛作生產塑料和合成橡膠的原料，如結晶型聚苯乙烯、橡膠改性抗沖聚苯乙烯、丁苯橡膠和丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三聚體（ ABS） 等。為了充分利用設備，開工因子應取的較大，接近 1，但又不能等于 1。定晝夜生產為 1班，每天只生產 1批料。依據質量守恒定律，對研南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 64 頁 究系統做物料衡算，可用下式表示： ∑ G 進 =∑ G 出 +∑ G 損 +∑ G 積 式中 ∑ G 進 — 輸入物料量總和； ∑ G 出 — 離開物料量總和； ∑ G 損 — 總的損失量； ∑ G 積 — 系統中積累量。 表 進出 冷凝 油水分離器 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 有機層 1 乙苯 2 苯乙烯 14460 2 苯乙烯 14460 3 甲苯 3 甲苯 4 苯 4 苯 5 焦油 11 5 焦油 11 6 水蒸汽 無機 層 6 水 7 催化劑 205 7 催化劑 205 總計 總計 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 64 頁 （ 3）粗餾塔的物料衡算 將有機相加入粗餾塔中進行分離 ，同時加入阻聚劑防止苯乙烯聚合。 表 苯∕甲苯塔的物料衡算表 輸入 輸出 序號 物料名稱 質量 Kg 序號 物料名稱 質量 Kg 1 苯 塔頂 苯 2 甲苯 3 塔底 甲苯 總計 總計 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 64 頁 3．物料流 程 圖 根據以上物料衡算，物料流 程 見圖 圖 物料流程圖 （三）熱量衡算 熱量衡算按能量守恒定律“在無軸功條件下，進入系統的熱量與離開熱量應該平衡”，在實際中對傳熱設備的衡算可由下式表示 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （ 1— 1） 式中： Q1— 所處理的物料帶入設備總的熱量， KJ。 熱量衡算的基準可與物料衡算相同，即對間歇生產可以以每日或每批處理物料基準?！?。物料經化學變化過程，除化學反應熱效應外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應，但本工藝流程中物理過程熱效應較低，可忽略不計，故過程熱效應可由下式表示： Q3=Qr+Qp 式中 Qr— 化學反應熱效應 ， KJ。 MA— A物質分子量。設計條件如下：操作壓力 4 kPa（塔頂 表壓） ；進料熱狀況 自選；回流比 自選；單板壓降 ≤ kPa ；全塔壓降 %52?TE 。在 圖中對角線上，自點 e（ ， ）作垂線 ef即為進料線（ q 線），該線與平衡線的交點坐標為 ? ? 故最小回流比為 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 18 頁 共 64 頁 yx qq qm i n ???????? DR 取操作回流比為 R=2 ???R ③求精餾塔的氣、液相負荷 L=RD= =V=(R+1)D=(+1) = kmol/h ????? FLL kmol/h ??VV kmol/h ④求操作線方程 精餾段操作線方程為 ??????? DVDVL 提餾段操作線方程為 1111111 ?????? WVWVL — ⑤圖解法求理論板層數 采用圖解法求理論板層數 ， 如圖 。 2= kg∕ koml ?mLM （ +）247。 s ?B? mPa s Lg ?mLF? （ ） +（ ） 解出 ?mLF? mPa各項計算如下： （ 1） 堰長 Wl 取 Wl == = （ 2）溢流堰高度 Wh 取 OWLW hhh ?? 選用平直堰，堰上液層高度 OWh 由 下 式計算即， 32hl10 ?????????WOWLE 近似取 E=1，則 m0 0 1 l11 0 0 32h ???????????WOWL 取板上清液層高度 Lh =60mm 故 Wh == （ 3） 弓形降液管寬度 fd AW 和截面積 由 ?DW 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 24 頁 共 64 頁 查 課本 圖得 ?TAA ?DW 故 fA = TA = = ?? DW = 依 下 式驗算液體在降液管中提留時間，即 6 0 00 0 1 5 6 6 0 03 6 0 0 h f ?? ???? L HA T? 大于 5s 故降液管設計合理。 （ 2） 邊緣區(qū)寬度確定 取 m0 c`ss ??? WWW ， （ 3） 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積 Aa按 下 式計算，即 ）（ rs in1 8 0rr2 1222a ???? ????A 其中 sd ??????? ）（）（ WWD? 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 25 頁 共 64 頁 2r ????? CWD 故 ）（ rs in1 8 0rr2 1222a ???? ????A= （ 4） 篩孔計算及其排列 所處理的物系無腐蝕性，可選用 ? =3mm 碳鋼板，取篩孔直徑 d=5mm。 對篩板塔，漏液點氣速 min0，? 可由 下 式計算，即 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 27 頁 共 64 頁 ）（， VLL ??? ? ) 0 5 i n0 ??? =∕ s 實際孔速 ?? ∕ s 穩(wěn)定系數為 K= 9 8 ,0 0 ????﹥ 故設計中無明顯漏液。在圖上定點 a( DDx,x )、點 e（ FF x,x ）和點 c（ wx,xw ）三點。原料液的汽化熱為 m ??????? ∕ koml 查出進料組成 ?F 時溶液的泡點為 136℃，平均溫度為（ 136+20247。 ④ 連接 cd，即為提餾段操作線。在圖上定點 a( DDx,x )、點 e（ FF x,x ）和點 c（ wx,xw ）三點。 2=65℃ .由物性書冊查得 78℃下 甲苯 和 乙苯 的比熱容為 ∕（ kg ⑤ 自 點 a開始在操作線和平衡線之間繪梯級，圖解得理論板層數 12（包括再沸器），自塔頂往下數第 六 層為加料板，如圖所示。蒸發(fā)式冷凝器主要是利用冷卻水蒸發(fā)時吸收潛熱而使制冷劑蒸氣凝結。 Q= 管殼式換熱器的對數平均溫度按逆流計算，即 10500ln1020210600ttlnttt1212m ???????????? ）（）（? ℃ 查得 ??? ，所以 7 8 1 2 mm ??????? ?? ℃ 故 3178 147 0 2292 67t ????? KQS 查化工原理上冊得，選用 TB∕ 471592,列管尺寸為直徑 19mm；管心距為25mm；管程數為 1；管子總根數 1267 個；中心排管數為 39 個；管程流通面積為 列管長度 6000mm，換熱面積 m2，所以需要 3 個 這樣的換熱器。而且由于多層板組當量直徑的減小 ,可使液流在較大流量下保持層流狀態(tài) ,也有利于油滴的有效分離 。 但采用聚結技術 ，也有限制 ， 即流速要在一定范圍內 ， 且不但需要另外的浮升 分離空間 ， 還需定期反洗 ， 增加了投資和操作費用 。 選用 HS201 或 HS219。電器設備對電源的要求： 1） 對于電動機，使用 380 伏交流電。 （ 2）冷卻水 1） 溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進水溫度 +10℃ 2） 壓力：回水壓力 — 對于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 36 頁 共 64 頁 接力泵，因此回水壓力設為 (G)?！?） KJ。 ： 化學工業(yè)中大氣污染物的 特點是：有的是有毒物質，有的是對人類有威脅的致癌物質，有的是有強腐蝕性的，有的是易燃易爆氣態(tài)物。本工藝生產中因山蒼子油中含有少量重組分物質，可用燃燒的方法處理。對于混合段整套工藝，公司定員 32 名，生產裝置工人為三班倒，維修及行政崗位為長白班，具體定員如下： 南華大學化 學化工學院畢業(yè)設計 第 37 頁 共 64 頁 行政崗位 3 人，過熱 3人，脫氫 3人，冷凝 3人，氣體壓縮 3人，油水分離3人，多塔分離 5人，分析實驗 2 人，三廢處理 2人，銷售人員 2人，車間維修2人，倉庫管理 1人。 （ 3）項目條件用物資資料：包括土地等款項。 （ 3）庫存?zhèn)淦贰浼暗椭狄缀钠氛加觅Y金。本工藝取 10年。 連續(xù) 式生產工藝，設備簡單，改變生產品種容易，工藝投資收益高，經濟效益很好。 ，而且重要設備采用了耐腐蝕的不銹鋼 材料，延長了設備的使用壽命。 由于我自身的知識和認識水平有限，設計中難免有錯誤與不妥之處，懇請老師批