【正文】 ∕ m ?B? mN∕ m ?mLD? + = mN∕ m 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由 ?Ft ℃ ,查手冊得 ?A? mN∕ m ?B? mN∕ m ?mLF? + = mN∕ m 精餾段液相平均表面張力為 ?mL? （ +）247。 2= mPa 21m ） 查圖得， ?? 故 液柱）（）（ ow1 ?????? WL ?? （ 3）液體表面張力的阻力 ?h 由 下 式計(jì)算，即 液柱0 0 2 30 ??? ???? ?L L? ?? 氣體通過每層塔板的液柱高度 可下式計(jì)算ph ，即 ?hhhh 1cp ??? ?ph ++= 液柱 氣體通過每層塔板的壓降為 ??? gh pp LP ? =629Pa 小于設(shè)計(jì)值 對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。連接 ab，即得精餾段操作線。 Z=10 +10 += 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁 共 64 頁 空塔氣速為 U=1m∕ s 3s ?? ∕ s D= m9 7 17 6 ???? ??? SV 取 1m 塔截面積為 22 44 ???? ?? DA T 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(jì) 第 30 頁 共 64 頁 乙苯塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算 表 甲苯和乙苯的飽和蒸氣壓： 溫度∕℃ 115 120 125 130 甲苯 0AP ∕ kPa 乙苯 0BP ∕ kPa 利用00BAPP?? 計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，用平均相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系， .19x2y ??。℃） 所以 7 0 4 8 7 0 4 rtcq m mp ??????? 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁 共 64 頁 2 3 4 4 4 q ???? 再從點(diǎn) e作斜率為 的直線，即得 q 線。熱負(fù)荷 Q 為： ）（ 21pch ttc ?? WQ 式中 流體的平均比熱容，?pc KJ/(Kg 所以 ， 一般多層板除油裝置板距均較大 ， 且不能十分保證水流分布均勻 ， 其處理效率的提高及設(shè)備的緊湊化 ，就受到限制 。 （ 1）電 對(duì)輸入的動(dòng)力電源的要求：采用單回路電壓為 380 伏，頻率為 50 赫茲，允許波動(dòng)范圍177。 3） 污垢系數(shù)：根據(jù)水質(zhì)處理費(fèi)用和熱交換費(fèi)用，決定污垢系數(shù)為 （ m2一般采用填料式廢氣洗滌器用水洗滌后除去臭味排除。 （ 1）生產(chǎn)用輔助設(shè)施：包括廠房、公用工程（水，電，汽）、交通運(yùn)輸工具、機(jī)修、倉庫等。工人工資及獎(jiǎng)金約為 2021元每人每月，則一年為2021 32 12=768000元，取 77萬元。生產(chǎn)技術(shù)成熟、可靠，工藝合理，原料成本相對(duì)較低，產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率都很高。 moisture sorption onto the surface of excess free volume。 綜上所述本工藝設(shè)計(jì)是可行的，而且很有建設(shè)價(jià)值。投資回收需要時(shí)間為 45000/28000=，所以理想情況下， 2年能收回成本。 3. 流動(dòng)資金 （ 1）生產(chǎn)原料所占用資金。苯是 有毒物質(zhì)，要注意作好貯存及其污染治理工作。本工藝生產(chǎn)過程中的工業(yè)廢水主要來源式縮合反應(yīng)中生成的水，經(jīng)多次中和洗滌后的水，脫酮、脫苯時(shí)氣體蒸汽的冷卻水，廢水中含有鈉鹽，苯等。 3） 電器部分控制，信號(hào)及繼電保護(hù)用 220 伏直流電。 高效油水分離器為一水平放置的臥式容器 ， 主要由進(jìn)水部分 、 出水部分 、 集油室和由斜通道波紋板構(gòu)成的主體板組等構(gòu)成 ， 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 ： 1. 可以采用盡可能小的板距而無需固定支撐 構(gòu)件 ， 從而在一定高度設(shè)備內(nèi) ，有更多的油滴浮升分離層 ， 保證了在較短的停留時(shí)間內(nèi) ， 可脫除較小的油滴 ， 得到較高的脫油效率 ； 2． 多層板組的當(dāng)量直徑較小 ， 可在較大流速下 ， 保持層流狀態(tài) ， 避免了高處理量下湍流對(duì)油滴浮升所帶來的不利影響 ； 3. 由于斜通道波紋板一正一反迭放的特殊配置方式 ， 整個(gè)板組內(nèi)形成相互連接的“之”字形通道 ， 水流在三維方向上不斷改變方向 ， 這就為油滴之間的碰撞聚結(jié)和油滴與構(gòu)件之間的勃附聚結(jié) ， 提供 了更多的機(jī)會(huì) ， 在整個(gè)板組中 ， 油滴在浮升中聚結(jié) ， 在聚結(jié)中浮升 ， 更進(jìn)一步促進(jìn)了脫油效率的提高 ； 4. 由于板組 “之”字形通道 ， 也使板組內(nèi)液流分布比較均勻 ， 避免由于液流不均對(duì)脫油帶來的不利影響 ； 5. 對(duì)固體懸浮物也有一定的脫除作用 ； 6. 內(nèi)構(gòu)件可采用較薄的碳鋼 、 鋁 、 不銹鋼或塑料制造 ， 成本較低 ， 制造 、安裝和 維護(hù)清洗都很方便； 7. 整個(gè)設(shè)備可以做成密閉式，可保證安全和防止二次污染。 按照 Stokes 定律 ,油滴的脫除效率只與油滴粒徑 、 油與水物性 、 處理量和浮升面積有關(guān) ,而與浮升高度無關(guān) ,這就是所謂的“淺池原理”。設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力 4 kPa（塔頂表壓）；進(jìn)料熱狀況 自選；回流比 自選；單板壓降 ≤ kPa ；全塔壓降 %52?TE 。連接 ab，即得精餾段操作線 ， , ?? FF ③ 先按下法計(jì)算 q 值?！妫?，故原料液的 平均比熱容為 p ??????? kJ∕（ kg 粗餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 表 乙苯和苯乙烯的飽和蒸氣壓： 溫度∕℃ 137 138 139 140 乙苯 0AP ∕ kPa 苯乙烯 0BP ∕ kPa 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 64 頁 利用00BAPP?? 計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，用平均相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系， ??。 選用凹形受液盤，深度為 mm50h` ?W （ 1）塔板的分塊 因 D≥ 800mm，故塔板采用分塊式。 s 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 由 ?Ft ℃ ,查 物性 手冊得 ?A? mPa 1. 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 ???DP kPa 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 64 頁 每層塔板壓降 PP?? 進(jìn)料板壓力 1 0 1 PP F ???? 精餾段平均壓力 0 1 0 5m PP ???? ）（ 2. 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯，甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。℃), 則冷卻水 的 用量 G=Q/[cp(t 出 t 進(jìn) )]=[（ 6025） ]= （四）設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算 與選型 苯∕甲苯精餾塔的 設(shè)計(jì)計(jì)算 通過計(jì)算 D= hkoml ， ??FDFDxx ，設(shè) %98?? 可知原料液的處理量為F=， 由于每小時(shí)處理量很小，所以先儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐里，等 100 小時(shí)后再精餾 。 ℃ ) 當(dāng)空氣做自然對(duì)流，散熱層表面溫度為 50～ 350℃時(shí)， α =8+=(8+60)W/( ㎡ Q3— 過程的熱效率，（符號(hào)規(guī)定過程放熱為“ +”；過程吸熱為“ ”） Q4— 反應(yīng)終了時(shí)物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓） Q5— 設(shè)備部件所消耗的熱量， KJ。乙苯 的 脫氫 反應(yīng) (見反應(yīng)歷程 ) 其中原料規(guī)格： 乙苯 （ %） 水蒸氣 氧氣 每批產(chǎn) 苯乙烯 ： G8=333Kg(折算為 100%) 投料比： 水蒸氣 ： 乙苯 =3： 1（ 質(zhì)量 比） 每班理論投料 乙苯量 ： G1=( 103 )/( 90% 98% 98%)= 104Kg 每班理論投 水蒸氣 量： G2=3 103= 104Kg 每批原料實(shí)際投入量： G1=( 104/)Kg= 104Kg G2=( 104/)Kg= 104Kg 雜質(zhì)： G3=（ ） 104Kg+() 104Kg= 103Kg 催化劑 的 量： G4=(+) 104%Kg= 103Kg 2） 脫氫 過程計(jì)算 轉(zhuǎn)化率為： 90% 苯乙烯 的產(chǎn)量 G5=( 1041 90%)/= 104Kg 氫氣的產(chǎn) 量： G6=（ 104 90% 2） /= 103Kg 氧氣的加入量： G7=（ 32 103） /2= 103 Kg 乙苯 剩余量： 104 （ 1－ 90%） = 103Kg 生成水 G7=( 10318)/ 2Kg= 103Kg 進(jìn)出 脫氫反應(yīng)器 的物料衡算見表 。開工因子一般取為～ 。取年工作日為 300 天，則每晝夜生產(chǎn)能力為 333 103Kg。生產(chǎn)工藝 流程見 Lummus 的 SMART 乙苯脫氫工藝流程 圖 。 水蒸氣 用量太少或反應(yīng) 溫度 太 低 ，反應(yīng)不完全，產(chǎn)率低； 水蒸氣 用量過多或反應(yīng) 溫度 過高 ， 催化劑結(jié)炭 而降低產(chǎn)率。 圖 Halcon 法工藝流程示意圖 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 64 頁 (5) 裂解汽油萃取分離法 日本日本東麗公司開發(fā)了 Stex 法裂解汽油萃取分離苯乙烯技術(shù) ， 同時(shí)還開發(fā)了專用萃取劑 ， 可分離出純度大于 %的苯乙烯 ， 同時(shí)可生產(chǎn)對(duì)二甲苯 ， 并降低裂解汽油加氫負(fù)荷 ， 生產(chǎn)成本僅為乙苯脫氫法的一半。 圖 Fina∕ Badger 法乙苯脫氫工藝生產(chǎn)流程示意圖 （ 3） 巴斯夫法 巴斯夫法工藝特點(diǎn)是用煙道氣加熱的方法提供反應(yīng)熱， 這是與絕熱反應(yīng)的最大不同。乙苯脫氫的工藝操作條件為 550～ 650℃，常壓或減壓，蒸汽∕乙苯質(zhì)量比為 ～ 。 1930 年美國道化學(xué)公司首創(chuàng)由乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯工藝，但因當(dāng)時(shí)精餾技術(shù)未解決而未工業(yè)化。南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 64 頁 年產(chǎn) 10萬 噸 苯乙烯 工藝設(shè)計(jì) 一、前言 苯乙烯，分子式 88HC ，結(jié)構(gòu)式 256 CHCHHC ? ,是不飽和芳烴最簡單、最重要的成員，廣泛用作生產(chǎn)塑料和合成橡膠的原料。直至 1937 年道化學(xué)公司和 BASF 公司才在精餾技術(shù)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。 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(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新工藝 ，即在 工藝 Classic SM 工藝 的脫氫反應(yīng)中引入了部分氧化技術(shù)。其流程如下圖所示： 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(lián)產(chǎn)法。 （ 6） 環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn) 法 環(huán)氧烷聯(lián)產(chǎn)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(yīng)生成環(huán)氧丙烷和 ? － 苯乙醇 ， 后者脫水可得到苯乙烯。將原料中的 水蒸氣 （ 按比例 過量）有助于 反應(yīng)向 右移， 也要 嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度 。 化工生產(chǎn)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(gè)設(shè)備單元中處理一定時(shí)間，然后整批輸送到下一個(gè)工序；半間歇操作過程是間歇操作過程的連續(xù)操作過程。每 日 生產(chǎn)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。全年 365 天，則年生產(chǎn) 250～ 300 天；因此除去季保養(yǎng)、 月保養(yǎng)、修理、放假等總計(jì) 65 天，則年工作日為（ 36565）天 =300 天。 南華大學(xué)化 學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 64 頁 表 進(jìn)出 脫氫反應(yīng)器 的物料衡算表（ Kg/批） 輸入 輸出 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)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(jì) 總計(jì) （ 2） 冷凝 油水分離 階段 的物料衡算 脫氫 結(jié)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(jìn)出 冷凝器 的物料衡算見表 。 Q6— 設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 ,KJ。 ℃ ) Q6=1 1( 10025)33600 103 = （ 4）過程效應(yīng)熱 Q3的計(jì)算 過程效應(yīng)熱可分為兩類，一類是化學(xué)過程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)；另一類是物理過程熱