【正文】 由于我自身的知識和認識水平有限，設(shè)計中難免有錯誤與不妥之處，懇請老師批評指正。 連續(xù) 式生產(chǎn)工藝，設(shè)備簡單，改變生產(chǎn)品種容易，工藝投資收益高，經(jīng)濟效益很好。 （ 3）庫存?zhèn)淦?、備件及低值易耗品占用資金。對于混合段整套工藝，公司定員 32 名，生產(chǎn)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(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 ： 化學(xué)工業(yè)中大氣污染物的 特點是：有的是有毒物質(zhì)，有的是對人類有威脅的致癌物質(zhì)，有的是有強腐蝕性的，有的是易燃易爆氣態(tài)物。 （ 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(shè)南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 共 64 頁 接力泵，因此回水壓力設(shè)為 (G)。 選用 HS201 或 HS219。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 。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(jié)。 2=65℃ .由物性書冊查得 78℃下 甲苯 和 乙苯 的比熱容為 ∕（ kg 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） 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(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 s Lg ?mLF? （ ） +（ ） 解出 ?mLF? mPa 2= kg∕ koml ?mLM （ +）247。設(shè)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 。物料經(jīng)化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，但本工藝流程中物理過程熱效應(yīng)較低，可忽略不計，故過程熱效應(yīng)可由下式表示： Q3=Qr+Qp 式中 Qr— 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) ， KJ。 熱量衡算的基準可與物料衡算相同，即對間歇生產(chǎn)可以以每日或每批處理物料基準。 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(zhì)量 Kg 序號 物料名稱 質(zhì)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(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。定晝夜生產(chǎn)為 1班，每天只生產(chǎn) 1批料。 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 64 頁 、原料規(guī)格及參考用量 （ 1）產(chǎn)品 化學(xué)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(jié)構(gòu)式 ： CH=CH2 產(chǎn)品用途：本品是不飽和芳烴，廣泛作生產(chǎn)塑料和合成橡膠的原料，如結(jié)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。全間歇與半間歇（統(tǒng)稱間歇式操作）的優(yōu)點是設(shè)備簡單，改變生產(chǎn)品種容易；其缺點是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 （ 2） 冷凝 過程 在 冷凝器 中， 將脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物冷凝，降低其溫度。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(zhì)量要求較高 ， 操作條件嚴格 ， 聯(lián)產(chǎn)品多 ， 每噸苯乙烯聯(lián)產(chǎn) 左右的環(huán)氧丙烷 ， 因此不適宜建中小型裝置 。 Halcon 法 公司開發(fā)，于 1973 年在西班牙實現(xiàn)工業(yè)化?？商岣咭冶絾纬剔D(zhuǎn)化率達 80%以上。1941～ 1945 年道化學(xué)、孟山都化學(xué)、 Farben 等公司各自開發(fā)了自己的苯乙烯生產(chǎn)技術(shù) ，實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。如結(jié)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)。 1867 年 Berthelot 發(fā)現(xiàn)乙苯通過赤熱陶管能生成苯乙烯，這一發(fā)現(xiàn)被視為苯乙烯生產(chǎn)的起源。過熱爐將蒸汽過熱至 800℃而作為熱引入反應(yīng)器。蒸汽過熱至 800～ 900℃，與預(yù)熱的乙苯混合再通過催化劑，反應(yīng) 溫度為 650℃，壓力為負壓，蒸汽∕乙苯比為 %～ %。反應(yīng)流程如圖 4所示。 （ 1） 脫氫 過程 在 脫氫反應(yīng)器 中， 苯乙烯 的產(chǎn)率與 水蒸氣 用量和 反應(yīng)溫度 有關(guān)。 （ 3）具體操作 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；通到冷凝器進行冷凝，降溫；輸送到氣體壓縮機油水分離器將有機相和無機相分離 ，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 。 苯乙烯 生產(chǎn)能力根據(jù)設(shè)計任務(wù)規(guī)定為年產(chǎn) 10 萬 噸。因為還要考慮到設(shè)備的檢修以及開停車等情況。 （ 1）進出 脫氫反應(yīng)器 的物料衡算 1） 對 連續(xù) 生產(chǎn)可確定計算基準為 Kg/批，則需計算每批產(chǎn)量及原料投料量。 Q2— 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱苯乙烯 焦油 11 乙苯塔 苯乙烯精餾塔 粗餾塔 冷凝分離 脫氫反應(yīng) 乙苯 水蒸汽 51716 氧氣 催化劑 205 乙苯 苯乙烯 14460 甲苯 苯 焦油 11 水蒸汽 催化劑 205 乙苯 苯乙烯 14460 甲苯 苯 焦油 11 阻聚劑 乙苯 甲苯 苯 苯∕甲苯 甲苯 苯 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 64 頁 量為“ +”，冷卻劑吸收熱量為“ ”）， KJ。 T1(T2)— 反應(yīng)物系反應(yīng)前 后的溫度，℃ Q1=[( 氧氣氧氣水水乙苯乙苯 CCC mmm ?? ) 373]KJ =[( )+( )+()] 373 KJ =（ ++） 373KJ = KJ Q4=[( 焦油焦油苯苯甲苯甲苯苯乙烯苯乙烯乙苯乙苯 CCCCC mmmm`m ` ???? ) 333] =[（ ） +（ ） +（ 11 ） +（ ） +（ 11 ） ] 333 KJ = （ 2） Q3的計算 冷凝器帶走的熱量 Q3= （ 3） Q6的計算 設(shè)備向四周散失的熱量 Q6可用下式計算： 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 64 頁 Q6=∑A α (TwT)θ 103 式中 A— 設(shè)備散熱銘記（㎡）（計算見 13 頁）； Tw— 設(shè)備外表溫度，℃； T— 環(huán)境介質(zhì)溫度，℃； θ — 操作過程持續(xù)時間（ s） ； α — 對流傳質(zhì)系數(shù)， W/(㎡ qr0=∑（ qc0） R∑(q c0)P[9] 反應(yīng)體系中各物質(zhì)標準焓為： 乙苯 （ ） ,苯（ KJ/mol），甲苯（ ） 則 qr0=[（ +） （ 103） ]KJ/mol=Qr=Q3=(1000 13887 )= 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 64 頁 （ 5）熱負 荷 Q2的計算 Q2=(Q4+Q3+Q6)(Q1+Q3)=(++)(+691) = 查手冊得冷卻水得 cp為 (Kg求解結(jié)果為 總理論板層數(shù) TN =（包括再沸器） 進料板位置 6?FN 2. 實際板層數(shù) 的求取 精餾段實際板層數(shù) ??精N 取 10 提餾段實際板層數(shù) ??FN 取 15 精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 以精餾 段 為例計算。 s Lg ?mLD? （ ） +（ ） 解出 ?mLD? mPa （ 4）降液管底隙高度 h0 10h0 l3600h ?WL? 取 ?? ∕ s 則 m0 60 0 3 60 00 01 0 ??? ?? m0 1 3 4 0 ????W ＞ 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 dH 應(yīng)服從 下式 的關(guān)系，即 ）（ wd h?? THH ? 苯 甲苯物系屬一般物系，取 ?? ，則 w ???? ）（）（ TH? 而 dpd hhh ??? LH 板上不設(shè)進口堰， dh 可由 下 式計算 ， 即 dh = 液柱）（ m0 `0 ?? dH =++= 液柱 ）（ wd h?? THH ? 故本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。 2=78℃ .由物性書冊查得 78℃下乙苯和苯乙烯的比熱容為 ∕（ kg ② 精餾段操作線方程截距 = 2 1 9 8 ????R D ,在 y軸上定出點 b。 Z=11 +6 += 空塔氣速為 U=1m∕ s 3s ?? ∕ s D= m5 5 4 ???? ??? SV 取 塔截面積為 22 ???? ?? DAT 圖 圖解法求理論板層數(shù) 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 32 頁 共 64 頁 苯乙烯精餾塔的設(shè)計 通過計算 可知原料液的處理量為 F=，組 分為 ?F ，要求塔頂餾出液的組成為 ? ,塔底釜液的組成為 ? 。 油水分離 器 重力法脫除水中的油滴其基本原理是利用水與油的密度差 ,使含油污水中的油滴在設(shè)備中上浮而除去 。 本高效油水分離器 ， 正是將“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”結(jié)合起來 ， 用特殊的內(nèi)部分離構(gòu)件和配置 ， 保證了在一定設(shè)備容積內(nèi) ， 可提供最大的油滴浮升面積 ，以及盡可能多的油滴聚結(jié)機會 ， 并使得水中油滴在浮升中聚結(jié) ， 在聚結(jié)中浮升 ，且內(nèi)部液流分布均勻 ， 防止了液流的短路與溝流 ， 故在較短的停留時間內(nèi) ， 可獲得較高的脫油效率。 2） 正常照明用 220/380 伏交流電，事故照明用 220 伏直流電。 （ 3）加熱蒸汽 根據(jù)生產(chǎn)需要決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓 (G),進反應(yīng) 器溫 度為 600℃，出 反應(yīng)器 溫度為 100℃， （六）“三廢”處理 ： 化工廢水是指化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，其中含有隨水流失的化工原料，中間產(chǎn)物，產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。 （七）安全事項 該項目生產(chǎn)屬于甲級防火，注意跑、冒、漏、滴等現(xiàn)象發(fā)生，在生產(chǎn)區(qū)內(nèi)動火要先做好安全防護工作，酸、堿乃強腐蝕物，操作時要有防護面具。 （ 4）安裝工程費用。 上網(wǎng)查得原料和產(chǎn)品的價格如下： 乙苯 4000元 /噸 苯乙烯 13000元 /噸 原料總成本 ＝ [（ 4000 310 300]元 ＝ 產(chǎn)品年產(chǎn)值 ＝ （ 13000 100000）元 ＝ 13000萬元 年純利 = 100000=28000萬元 每年的盈利為 28000萬元。生產(chǎn)中注重對“三廢”的處理，適應(yīng)綠色化工的步伐，在較大程度上減少了對環(huán)境的污染。 hydrogen bonding between water and epoxy hydrophilic groups. As a results, Adamson9conclu