【正文】 甲苯/乙苯塔物料衡算 14 苯－甲苯塔 15 苯乙烯精餾塔 15 乙苯生產(chǎn)工序物料衡算 16 全流程物料衡算 165 熱量衡算 17 全流程熱量衡算 17 和的計(jì)算 17 的計(jì)算 18 的計(jì)算 18 過(guò)程效應(yīng)熱的計(jì)算 19 熱負(fù)荷的計(jì)算 19 熱量衡算表 20 冷卻水用量 206 主要設(shè)備選型 21 乙苯—苯乙烯塔操作條件的確定 21 21 21 22 22 苯乙烯精餾塔的設(shè)計(jì) 25 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 25 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 25 物料衡算 26 冷凝器的設(shè)計(jì) 267 典型設(shè)備的自控方案 28 主要設(shè)備的自動(dòng)控制與優(yōu)化 28 系統(tǒng)優(yōu)化 288 公用工程 29 安全生產(chǎn)、勞動(dòng)保護(hù) 29 安全標(biāo)準(zhǔn) 29 主要物料參數(shù) 29 安全管理規(guī)定和勞動(dòng)保護(hù) 29 三廢處理 309 工程設(shè)計(jì)概算 31 建設(shè)費(fèi)用估算 31 生產(chǎn)成本估算 31 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 31結(jié)束語(yǔ) 32參考文獻(xiàn) 33附 錄 34附錄一 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖(A3) 34附錄二 車(chē)間設(shè)備布置圖（A4） 35附錄三 車(chē)間平面布置圖（A4） 36III1 概述 原料及產(chǎn)品概述 原料概述 生產(chǎn)苯乙烯的原料是乙烯和苯。根據(jù)熱力學(xué)定律，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)備理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇。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)物料平衡分別對(duì)烴化反應(yīng)塔，乙苯分離塔，乙苯精餾塔，乙苯/苯乙烯塔，苯乙烯精餾塔，乙苯回收塔的進(jìn)料量，塔頂、塔底出料量進(jìn)行物料衡算。本文對(duì)整個(gè)工藝流程及車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，其中包括各部件的材質(zhì)、用料量的選擇的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、設(shè)備投機(jī)及投資回收期的計(jì)算。不溶于水，微溶于乙醇、酮、苯，溶于醚，溶于四氯化碳等有機(jī)溶劑。分子式C6H6，相對(duì)分子量78。2．用途 乙烯是合成纖維、合成橡膠、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、環(huán)氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸藥等。1. 性質(zhì) 苯乙烯（SM）是無(wú)色、有特殊香氣的油狀液體。易燃，遇明火、強(qiáng)氧化劑有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)，其蒸汽與空氣混合物能形成爆炸性混合物，%~%（V/V）。3. 規(guī)格苯乙烯規(guī)格如表11所示。其中亞洲（不含中國(guó))占32％，中國(guó)占21％，北美占19％，西歐占l9％，中/南美占4％，中/東歐占4％。由于國(guó)內(nèi)苯乙烯自給率較低，大量產(chǎn)品進(jìn)口。產(chǎn)量、消費(fèi)量及進(jìn)口量均增長(zhǎng)明顯。 市場(chǎng)預(yù)測(cè)從全球苯乙烯的產(chǎn)能增長(zhǎng)情況與下游需求情況來(lái)分析。該區(qū)域不僅占有高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求優(yōu)勢(shì)，而且能保證系列原料供應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定。乙苯生產(chǎn)工藝的發(fā)展歷程是由傳統(tǒng)的AlCl3 法到改良AlCl3 法，再到分子篩氣相烷基化工藝和分子篩液相烷基化工藝為主流工藝。2. 分子篩烴化法 分子篩烴化法不論是氣相工藝還是液相工藝，分子篩烴化裝置均由烷基化反應(yīng)器、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器和分離系統(tǒng)三部分組成。烷基化反應(yīng)中產(chǎn)生的多取代乙苯，主要是二乙苯，在烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器中與苯發(fā)生烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成目的產(chǎn)物乙苯，由于反應(yīng)的熱效應(yīng)幾乎為零，所以催化床層一般采用單床層即可。隨著后者的不斷改進(jìn)，已變得不甚明顯，但是，在設(shè)備投資、操作要求、能量利用等方面，二者仍有許多相異之處。該催化劑的缺點(diǎn)是乙烯空速很低，使得催化劑的裝填量為相應(yīng)的Mobil/badger工藝的十倍左右。目前世界上已有37 套生產(chǎn)裝置采用此工藝，占據(jù)了世界總乙苯生產(chǎn)能力的一半左右。ZSM38，ZSM12 等。該工藝可用于新廠建設(shè)，及老氣相工藝廠的改造，也可用于AlCl3 法生產(chǎn)工藝向沸石型工藝的改造。因此，目前世界上90% 以上的苯乙烯裝置都采用乙苯催化脫氫法工藝。工業(yè)上采用的反應(yīng)器式有兩種：一是多管等溫型反應(yīng)器；另一種是絕熱型反應(yīng)器。要使反應(yīng)器達(dá)到等溫，沿反應(yīng)管熱傳熱速率須與反應(yīng)吸收的熱量同步。對(duì)反應(yīng)選擇性而言，一般在反應(yīng)初期反應(yīng)物濃度高，平行副反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)劇烈，反應(yīng)器人口溫度低，有利于抑制活化能較高的平行副反應(yīng)的進(jìn)行。2. 絕熱型反應(yīng)器及工藝 （1）絕熱正壓脫氫工藝及反應(yīng)器 圖32所示的是Dow公司的單段絕熱正壓脫氫反應(yīng)工藝。絕熱脫氫反應(yīng)的工藝條件為：壓力138kPa左右，H2O/乙苯=14/1(摩爾比)，～。出口溫度低，對(duì)平衡不利，使反應(yīng)速度減慢，限制了轉(zhuǎn)化率的提高，故單段絕熱反應(yīng)器脫氫，不僅轉(zhuǎn)化率較低(35%～40%)，選擇性也較低(約90%)。因此在20世紀(jì)60至7O年代，又相繼開(kāi)發(fā)了多段絕熱反應(yīng)器(圖33和圖34)。在Monsanto的實(shí)驗(yàn)裝置工藝中，反應(yīng)壓力為真空，反應(yīng)器進(jìn)口溫度600℃以上,～2，轉(zhuǎn)化率約6O%,生產(chǎn)每噸苯乙烯消耗蒸汽4噸。該工藝在裝置的設(shè)備投資上明顯低于相應(yīng)的純氣相工藝和純液相工藝。 故本次設(shè)計(jì)乙苯生產(chǎn)工藝流程采用EBM axSM工藝。進(jìn)入乙苯/苯乙烯分離塔，將粗苯乙烯從塔底進(jìn)入苯乙烯蒸餾塔，通過(guò)苯乙烯蒸餾塔，得到符合產(chǎn)品要求的精制苯乙烯，塔底有焦油等雜質(zhì)排出。乙苯脫氫反應(yīng)方程式為：主反應(yīng)　 C6H5C2H5 C6H6 +C2H4 (42)C6H5C2H5 + H2因純度較高，視為純物質(zhì)。有機(jī)混合物中水量很少可忽略。 乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力200mmHg。 反應(yīng)器物料衡算假設(shè)以10000kg/h乙苯進(jìn)料為基準(zhǔn),反應(yīng)器進(jìn)料：乙苯：10000/106= kmol/h；水蒸氣：10000。阻聚劑加入量=%=；。進(jìn)料量 F3=D2=。 /7200= 每小時(shí)需新鮮乙苯物料：10000 每小時(shí)需原料乙烯：每小時(shí)需原料苯： 5 熱量衡算 全流程熱量衡算熱量衡算按能量守恒定律“在無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量與離開(kāi)熱量應(yīng)該平衡”，在實(shí)際中對(duì)傳熱設(shè)備的衡算可由下式表示： （5—1）式中：—所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量，kJ/h；—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“”），kJ/h；—過(guò)程的熱效率，（符號(hào)規(guī)定過(guò)程放熱為“+”；過(guò)程吸熱為“”），kJ/h；—反應(yīng)終止時(shí)物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓），kJ/h；—設(shè)備部件所消耗的熱量，kJ/h；—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失, kJ/h；熱量衡算的基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即以10000kg/h乙苯進(jìn)料為基準(zhǔn)，熱量衡算溫度基準(zhǔn)，一般規(guī)定25℃。℃)或kJ/(kmol℃)=(10025)33600 = kJ/h 過(guò)程效應(yīng)熱的計(jì)算 過(guò)程效應(yīng)熱可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是化學(xué)過(guò)程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)；另一類(lèi)是物理過(guò)程熱效應(yīng)。 B= B=℃?！?。 最小理論板數(shù) 塔頂 a1= R=L/D，蒸發(fā)式冷凝器主要是利用冷卻水蒸發(fā)時(shí)吸收潛熱而使制冷劑蒸氣凝結(jié)。kJ/h管殼式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度按逆流計(jì)算，即 ℃查得，所以故查化工原理上冊(cè)得，選用TB∕471592,列管尺寸為直徑19mm；管心距為25mm；管程數(shù)為1；管子總根數(shù)為1267個(gè)；中心排管數(shù)為39個(gè)；，所以需要2個(gè)這樣的換熱器。 系統(tǒng)優(yōu)化在設(shè)計(jì)中最需要優(yōu)化的是苯乙烯技術(shù)中高能耗的問(wèn)題。一般優(yōu)化多采用兩級(jí)變壓熱集成來(lái)回收乙苯和苯乙烯分離過(guò)程的熱能，即精餾分離過(guò)程在兩個(gè)精餾塔中進(jìn)行，其回收率可達(dá)到40%~50%。8 公用工程 安全生產(chǎn)、勞動(dòng)保護(hù) 安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)生產(chǎn)所用原料，中間產(chǎn)品和成品性質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)的各部分防爆、防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為甲級(jí)防火，Q2級(jí)防爆。 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB1455493 惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)值是對(duì)無(wú)組織排放源的限值，1994年6月1日起立項(xiàng)的新、擴(kuò)、改建設(shè)項(xiàng)目及其建成后投產(chǎn)的企業(yè)執(zhí)行二級(jí)、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。 三廢處理化工設(shè)計(jì)中必須依照《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20667—2005和《石油化工污水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3095—2000、《石油化工噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3146—2004，使排放物達(dá)到歸家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978—1996和《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297—1997的規(guī)定要求。 參考文獻(xiàn)1. （修訂版）.化學(xué)工業(yè)出版社，馬連湘，（有機(jī)卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，.，2010，（28）7，2007,，2007,25（5）：43~50，2006，（10）：622~625, 楊為民, 陳慶齡. ，2001，7.（9）. ，2002，涂晉林，1992（上冊(cè)）.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.（下冊(cè)）.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009. 附 錄附錄一 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖(A3)附錄二 車(chē)間設(shè)備布置圖（A4）附錄三 車(chē)間平面布置圖（A4）35