【正文】 熱量， KJ； 6Q — 設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 ,KJ； 熱量衡算的基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即對(duì)間歇生產(chǎn)可以以每日或每批 處理物料基準(zhǔn)。 13 苯乙烯精餾塔的物料衡算 投料量計(jì)算 對(duì)連續(xù)生產(chǎn)可確定計(jì)算基準(zhǔn)為 Kg/批，則需計(jì)算每批產(chǎn)量及原料投料量。為了充分利用設(shè)備，開工因子應(yīng)取的較大，接近 1，但又不能等于 1。 12 第 4章 工藝計(jì)算 生產(chǎn)能力的計(jì)算 化工生產(chǎn)的操作可分為全間歇、半間歇、連續(xù)和半連續(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。新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一部分蒸汽混合，然后在一個(gè)用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進(jìn)行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個(gè)兩段、絕熱的徑向催化反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氫。 精餾實(shí)驗(yàn)是一種汽液傳質(zhì)的過程，是一種化工生產(chǎn)上常用的液體混合物分離達(dá)到提純或回收有用組分的方法。有板式塔與填料塔兩種主要類型。 根據(jù)我國(guó)各消費(fèi)領(lǐng)域?qū)Ρ揭蚁┑男枨箢A(yù)測(cè)合計(jì)，預(yù)計(jì)到 20xx 年，我國(guó)苯乙烯的消費(fèi)量將達(dá)到約 4Mt， 20xx年達(dá)到 5Mt。與此相對(duì)應(yīng)的是進(jìn)口量增長(zhǎng)開始下降， 20xx、 20xx 連續(xù)兩年出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)苯乙烯的進(jìn)口依存度由 20xx 年高點(diǎn)時(shí)的 ％降到了 20xx 年的 51％。 80 年代以前，國(guó)內(nèi)苯乙烯生產(chǎn)基本上沒有任何發(fā)展，直到 80 年代末至 90年代初，隨著國(guó)內(nèi)乙烯工業(yè)的發(fā)展，才相繼建成幾套苯乙烯裝置。 20xx— 20xx 年間，中東及亞洲地區(qū)的苯乙烯新建項(xiàng)目較多，生產(chǎn)能力增長(zhǎng)高于前 5年，但需求增長(zhǎng)速度有所回落，預(yù)計(jì)到 20xx 年，受新建能力集中投產(chǎn)的影響，全球苯乙烯裝置平均開工率將下降到 90%以下。 根據(jù)有關(guān)資料， 20xx 年世界苯乙烯總需求增長(zhǎng)率為 %，總需求達(dá) 。 其它生產(chǎn)方法 除此之外，其它尚在開發(fā)中的苯乙烯合成工藝還包括甲苯甲醇合成法、乙烯 苯直接偶合法、苯乙酮法、甲苯二聚法以及甲苯和合成氣反應(yīng)法 [4]等。不僅即將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該法的不足之處在于受聯(lián)產(chǎn)品市場(chǎng)狀況影響較大，且反應(yīng)復(fù)雜，副產(chǎn)物多，投資大，乙苯單耗和裝置能耗等都要高于乙苯脫氫法工藝。在 130160℃、 下，乙苯先在液相反應(yīng)器中用氧氣氧化生成乙苯過氧化物，生成的乙苯過氧化物經(jīng)提濃到 17%后進(jìn)入環(huán)氧化工序，在反應(yīng)溫度為 110℃、壓力為 條件下，與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)成環(huán)氧丙烷和甲基芐醇。該工藝于 20 世紀(jì) 90 年代初期開發(fā)成功，是 UOP 公司開發(fā)的乙苯脫氫選擇性氧化技術(shù)（ StyroPlus 工藝）與 Lummus、 Monsanto 以及 UOP 三家公司開發(fā)的 Lummus/UOP 乙苯絕熱脫氫技術(shù) [2]的集成。我國(guó)從 20世紀(jì) 60 年代就開始進(jìn)行與乙苯脫氫工藝相配套的催化劑研究。此外，苯乙烯還被廣泛用于制藥、 涂料 、紡織等工業(yè)。 關(guān)鍵詞： 苯乙烯 乙苯脫氫 物料衡算 熱量衡算 精餾塔 工藝計(jì)算 雙溢流 II The Process Design of Distillation section of Thick Styrene for Annual Output 300000 Tons of Styrene Workshop Abstract: The design is based on annual output of 300000 tons of styrene, using the technical method of the reaction of ethylene and benzene alkylation to produce ethylbenzene, and ethylbenzene dehydrogenation to get styrene, thus providing the process design and equipment selection for the distillation section of thick styrene. According to the design requirements ,we carried on the material balance and energy balance for the entire process, then aiming at the material balance ,we carried on the material balance for the input quantity of ethylbenzene feeding tower and the output of tower top and bottom. Based on the laws of thermodynamics, heat balance every equipment． And in view of the design requirements and the theory of equipment, caculate the size． So as to make the equipment up to the design requirements, then achieve the process conditions. Key words: styrene ； ethylbenzene dehydrogenation ； material balance； heat balance ； process calculation； rectification 1 引 言 苯乙烯是含有飽和側(cè)鏈的一種簡(jiǎn)單芳烴，是基本有機(jī)化工的重要產(chǎn)品之一。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 苯乙烯在空氣中允許濃度為，濃度過高、接觸時(shí)間過長(zhǎng)則對(duì)人體有一定的危害。 2 第 1 章 苯乙烯生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 目前，世界上苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有乙苯脫氫法、乙苯氧化脫氫、環(huán)氧丙烷 苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法、熱解汽油抽烯合成法以及 丁二烯合成 法等 [1]。除了常見的圓柱型催化劑外，蘭州化學(xué)工業(yè)公司最近還成功地將三葉型催化劑用于苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)上。該工藝采用三段式反應(yīng)器。除乙苯脫氫法外，這是目前唯一大規(guī)模生產(chǎn)苯乙烯的工業(yè)方法，生產(chǎn)能力約占世界苯乙烯總生產(chǎn)能力的10%。GTC 技術(shù)公司開發(fā)了采用選擇性溶劑的抽提蒸餾塔 GT苯乙烯工藝，從粗熱解汽油（來自石腦油、瓦斯油和 NGL 蒸汽裂解）直接回收苯乙烯。在 1 個(gè)月的運(yùn)轉(zhuǎn)期內(nèi)，催化劑活性下降了一半，此時(shí)在催化劑床上通入氧氣使其再生。根據(jù) 20xx 年全球苯乙烯消費(fèi)分配數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，消費(fèi)用途為：聚苯乙烯 61%、 SBR4%、 SBS6%、 ABS／ SAN14%、其他 15%。單在中國(guó)，苯乙烯需求可望以 10%— 15%增長(zhǎng)。 7 預(yù)計(jì) 20xx 年前，全球苯乙烯需求增長(zhǎng)將保持目前的速度 ， 但生產(chǎn)能力的增長(zhǎng)將遠(yuǎn)高于需求的增長(zhǎng)。 我國(guó)現(xiàn)有的苯乙 烯生產(chǎn)裝置除了 揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯公司和吉林石化公司規(guī)模相對(duì)較大外，其余均較小 . 產(chǎn)品供需現(xiàn)狀及預(yù)測(cè) 石化 (Sinopec)合資在上海漕涇化學(xué)工業(yè)區(qū)建設(shè) 500kt／ a 的苯乙烯裝置， 已 于 20xx年投產(chǎn) ； 殼牌化學(xué)公司也與中海油 (中國(guó)海洋石油總公司 )合資在廣東惠州建設(shè)環(huán)氧丙烷／苯乙烯裝置，苯乙烯能力為 560kt／ a， 20xx 年第四季度投產(chǎn) ； 此外，其他一些新建和擴(kuò)建項(xiàng)目也將陸續(xù)進(jìn)行，如 汕頭海洋公司 400kt／ a苯乙烯項(xiàng)目計(jì)劃于 20xx 年 底 建成投產(chǎn) 。預(yù)計(jì)到 20xx 年，國(guó)內(nèi)將新增309 萬噸苯乙烯產(chǎn)能，比 20xx 年的 291 萬噸的產(chǎn)能翻一番還多。本設(shè)計(jì)用現(xiàn)行的乙苯催化脫氫制取苯乙烯的方法為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行再設(shè)計(jì)，提高單套裝置的年生產(chǎn)能力，緩解我國(guó)苯乙烯供不足需的狀況，進(jìn)一步提高我國(guó)苯乙稀在國(guó)內(nèi)外的競(jìng)爭(zhēng)力 .本設(shè)計(jì)選取的是粗苯乙烯精餾工段，通過對(duì)該工段進(jìn)行物料衡算、熱量衡算，以及對(duì)粗苯乙烯精餾塔的設(shè)備的計(jì)算與選型，基本上完成了粗苯乙烯精餾工段的課程設(shè)計(jì)。由塔頂上升的 蒸汽 進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。魯姆斯 (Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝 技術(shù)具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。 在脫水有機(jī)混合物 (DM)（苯乙烯、未反應(yīng)乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一種不含硫的阻聚劑 (NSI)以減少聚合 而損失苯乙烯（ SM）單體，然后在乙苯 /苯乙烯單體 11 （ EB/SM）分餾塔進(jìn)行分離，塔頂輕組分 (EB)及輕組分 (苯 /甲苯 )（從塔頂取得 )去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應(yīng)器原料中。半連續(xù)操作與連續(xù)操作相比設(shè)備費(fèi)用較少，操作較簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種較容易，但產(chǎn)品質(zhì)量不如連續(xù)操作穩(wěn)定，與間歇操作相比，生產(chǎn)規(guī)模更大，勞動(dòng)生產(chǎn)率也更高，用與較大規(guī)模的品種生產(chǎn)，一般為 1～ 2萬噸 /年。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。 每批產(chǎn)苯乙烯： G8 =1000Kg 投料比：水蒸氣 :乙苯 =3:1（質(zhì)量比） [14] 轉(zhuǎn)化率：脫氫過程為 90% 分離率：多塔分離過程為 98% 每班理論投料乙苯量： G1 =(1000/24 310 )/( 90% 98% 98%)= 410 Kg 每班理論投水蒸氣量： G2 =3 410 = 410 Kg 每批原料實(shí)際投入量： G1 =( 410 /)Kg= 410 Kg G2 =( 410 /)Kg= 410 Kg 雜質(zhì)： G3 =（ ） 410 Kg+() 410 Kg= 410 Kg 催化劑的量： G4 =(+) 410 %Kg= 310 Kg 脫氫過程計(jì)算 轉(zhuǎn)化率為： 90% 苯乙烯的產(chǎn)量 5G =( 410 1 90%)/= 410 Kg 氫氣的產(chǎn)量： 6G =（ 410 90% 2） /= 310 Kg 氧氣的加入量： 7G =（ 32 310 ） /2= 310 Kg 乙苯剩余量： 8G = 410 （ 1－ 90%） = 310 Kg 生成水 9G =( 310 18)/ 2= 410 Kg 14 進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算 表 進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算表（ Kg/批） 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（ %） 49333 1 乙苯（ 100%） 2 水蒸汽（ 95%） 155170 2 水蒸汽 155170 3 氧氣 6666 3 水蒸汽 4 催化劑 4 苯乙烯 43390 5 甲苯 6 苯 7 焦油 8 催化劑 總計(jì) 211783 總計(jì) 211783 冷凝油水分離階段的物料衡算 脫氫結(jié)束后用冷凝器加以冷凝，除去水，溫度必須控制在 20℃左右 表 進(jìn)出冷凝油水分離器的物料衡算表 (Kg/批 ) 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 有機(jī)層 1 乙苯 2 苯乙烯 43390 2 苯乙烯 43390 3 甲苯 3 甲苯 4 苯 4 苯 5 焦油 5 焦油 6 水蒸汽 無機(jī)層 6 水 7 催化劑 7 催化劑 總計(jì) 211783 總計(jì) 211783 粗餾塔的物料衡算 將有機(jī)相加入粗餾塔中進(jìn)行分離，同時(shí)加入阻聚劑防止苯乙烯聚合。 ic — 組分 i 在 0— T℃ 時(shí)的平均比熱容， KJ/(Kg℃), 則冷卻水的用量 /[ ( )]pG Q C t t??出 進(jìn) = [（ 6025） ]= 熱量衡算表 由能量守恒定律 1 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ?，能量衡算結(jié)果見表 20 表 熱量衡算表 符號(hào) 符號(hào)意義 結(jié)果 KJ/h 符號(hào) 符號(hào)意義 結(jié)果 KJ/h 1Q 所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量 4Q 反應(yīng)終了時(shí)物料的焓 2Q 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量 5Q 設(shè)備部件所消耗的熱量 3Q 過程的熱效率 6Q 物理過程熱效應(yīng) rQ 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 總計(jì) 21 第 6 章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型 苯乙烯精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)條件如下： 操作壓力： 4kPa（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 [15]。查課本得，塔板分為 3塊