【正文】 熱量， KJ； 6Q — 設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 ,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。 13 苯乙烯精餾塔的物料衡算 投料量計算 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。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。 12 第 4章 工藝計算 生產(chǎn)能力的計算 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，整批物料投在一個設備單元中處理一定時間，然后整批輸送到下一個工序；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，然后在一個用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個兩段、絕熱的徑向催化反應系統(tǒng)內(nèi)進行脫氫。 精餾實驗是一種汽液傳質的過程，是一種化工生產(chǎn)上常用的液體混合物分離達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)我國各消費領域對苯乙烯的需求預測合計，預計到 20xx 年，我國苯乙烯的消費量將達到約 4Mt， 20xx年達到 5Mt。與此相對應的是進口量增長開始下降， 20xx、 20xx 連續(xù)兩年出現(xiàn)了負增長，國內(nèi)苯乙烯的進口依存度由 20xx 年高點時的 ％降到了 20xx 年的 51％。 80 年代以前，國內(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)的苯乙烯新建項目較多，生產(chǎn)能力增長高于前 5年，但需求增長速度有所回落，預計到 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)有關資料， 20xx 年世界苯乙烯總需求增長率為 %，總需求達 。 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法 [4]等。不僅即將實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該法的不足之處在于受聯(lián)產(chǎn)品市場狀況影響較大，且反應復雜，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%后進入環(huán)氧化工序，在反應溫度為 110℃、壓力為 條件下，與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應成環(huán)氧丙烷和甲基芐醇。該工藝于 20 世紀 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（ 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 [2]的集成。我國從 20世紀 60 年代就開始進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)。 關鍵詞： 苯乙烯 乙苯脫氫 物料衡算 熱量衡算 精餾塔 工藝計算 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鏈的一種簡單芳烴，是基本有機化工的重要產(chǎn)品之一。保密的論文（設計）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（設計）不包含其他個人已經(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，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。 苯乙烯在空氣中允許濃度為，濃度過高、接觸時間過長則對人體有一定的危害。 2 第 1 章 苯乙烯生產(chǎn)工藝簡介 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 個月的運轉期內(nèi)，催化劑活性下降了一半，此時在催化劑床上通入氧氣使其再生。根據(jù) 20xx 年全球苯乙烯消費分配數(shù)據(jù)統(tǒng)計，消費用途為：聚苯乙烯 61%、 SBR4%、 SBS6%、 ABS／ SAN14%、其他 15%。單在中國，苯乙烯需求可望以 10%— 15%增長。 7 預計 20xx 年前，全球苯乙烯需求增長將保持目前的速度 ， 但生產(chǎn)能力的增長將遠高于需求的增長。 我國現(xiàn)有的苯乙 烯生產(chǎn)裝置除了 揚子巴斯夫苯乙烯公司和吉林石化公司規(guī)模相對較大外，其余均較小 . 產(chǎn)品供需現(xiàn)狀及預測 石化 (Sinopec)合資在上海漕涇化學工業(yè)區(qū)建設 500kt／ a 的苯乙烯裝置， 已 于 20xx年投產(chǎn) ； 殼牌化學公司也與中海油 (中國海洋石油總公司 )合資在廣東惠州建設環(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，其他一些新建和擴建項目也將陸續(xù)進行，如 汕頭海洋公司 400kt／ a苯乙烯項目計劃于 20xx 年 底 建成投產(chǎn) 。預計到 20xx 年，國內(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。本設計用現(xiàn)行的乙苯催化脫氫制取苯乙烯的方法為設計基礎，對現(xiàn)有的設備進行再設計，提高單套裝置的年生產(chǎn)能力，緩解我國苯乙烯供不足需的狀況，進一步提高我國苯乙稀在國內(nèi)外的競爭力 .本設計選取的是粗苯乙烯精餾工段，通過對該工段進行物料衡算、熱量衡算，以及對粗苯乙烯精餾塔的設備的計算與選型，基本上完成了粗苯乙烯精餾工段的課程設計。由塔頂上升的 蒸汽 進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，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 技術具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。 在脫水有機混合物 (DM)（苯乙烯、未反應乙苯、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器原料中。半連續(xù)操作與連續(xù)操作相比設備費用較少，操作較簡單，改變生產(chǎn)品種較容易，但產(chǎn)品質量不如連續(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 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（質量比） [14] 轉化率：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 每批原料實際投入量： G1 =( 410 /)Kg= 410 Kg G2 =( 410 /)Kg= 410 Kg 雜質： G3 =（ ） 410 Kg+() 410 Kg= 410 Kg 催化劑的量： G4 =(+) 410 %Kg= 310 Kg 脫氫過程計算 轉化率為： 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 進出脫氫反應器的物料衡算 表 進出脫氫反應器的物料衡算表（ Kg/批） 序號 物料名稱 質量 Kg 序號 物料名稱 質量 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 211783 總計 211783 冷凝油水分離階段的物料衡算 脫氫結束后用冷凝器加以冷凝，除去水，溫度必須控制在 20℃左右 表 進出冷凝油水分離器的物料衡算表 (Kg/批 ) 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 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 無機層 6 水 7 催化劑 7 催化劑 總計 211783 總計 211783 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。 ic — 組分 i 在 0— T℃ 時的平均比熱容， KJ/(Kg℃), 則冷卻水的用量 /[ ( )]pG Q C t t??出 進 = [（ 6025） ]= 熱量衡算表 由能量守恒定律 1 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ?，能量衡算結果見表 20 表 熱量衡算表 符號 符號意義 結果 KJ/h 符號 符號意義 結果 KJ/h 1Q 所處理的物料帶入設備總的熱量 4Q 反應終了時物料的焓 2Q 加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量 5Q 設備部件所消耗的熱量 3Q 過程的熱效率 6Q 物理過程熱效應 rQ 化學反應熱效應 總計 21 第 6 章 設備設計計算與選型 苯乙烯精餾塔的設計計算 設計條件如下： 操作壓力： 4kPa（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 [15]。查課本得，塔板分為 3塊