【正文】 查課本得，塔板分為 3塊。 ic — 組分 i 在 0— T℃ 時(shí)的平均比熱容， KJ/(Kg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。 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。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。預(yù)計(jì)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。 7 預(yù)計(jì) 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(yuǎn)高于需求的增長。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%。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。該工藝采用三段式反應(yīng)器。 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]。 、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)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。此外，苯乙烯還被廣泛用于制藥、 涂料 、紡織等工業(yè)。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。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(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。 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。 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)能力增長高于前 5年，但需求增長速度有所回落，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。與此相對應(yīng)的是進(jìn)口量增長開始下降， 20xx、 20xx 連續(xù)兩年出現(xiàn)了負(fù)增長，國內(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％。有板式塔與填料塔兩種主要類型。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。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。 表 苯∕甲苯塔的物料衡算表 序號 物料名稱 質(zhì)量 Kg 序號 物料名稱 質(zhì)量 Kg 1 苯 塔頂 苯 2 甲苯 塔底 甲苯 總計(jì) 總計(jì) 17 第 5 章 熱量衡算 能量守恒定律 熱量衡算按能量守恒定律“在無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量與離開熱量應(yīng)該平衡”，在實(shí)際中對傳熱設(shè)備的衡算可由下式表示 1 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? （ 5— 1） 式中： 1Q — 所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量； 2Q — 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 量為“ +”，冷卻劑吸收熱量為“ ”）， KJ； 3Q — 過程的熱效率，（符號規(guī)定過程放熱為“ +”；過程吸熱為“ ”）； 4Q — 反應(yīng)終止時(shí)物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓）； 5Q — 設(shè)備部件所消耗的熱量， 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，即對間歇生產(chǎn)可以以每日或每批 處理物料基準(zhǔn)。各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長 Wl 取 Wl == = 溢流堰高度 Wh 取 OWLW hhh ?? 28 選用平直堰，堰上液層高度 OWh 由下式計(jì)算 即 32hl1 0 0 ?????????WOWLE 近似取 E=1，則 23h2 .8 4h 1 0 .0 3 9 m1 0 0 0 lOWWL??? ? ????? 取板上清液層高度 Lh =100mm 故 Wh == 弓形降液管寬度 fd AW 和截面積 由 l ? 查課本圖 得 圖 弓形降液管參數(shù)圖 f TAA ? 2 d ? 故 fA = TA = = 29 ?? DW = 依下式驗(yàn)算液體在降液管中提留時(shí)間 ? ，即 fh3600 3 6 0 0 0 . 4 7 6 3 0 . 4 5 5 . 0 4 s0 . 0 4 2 3 6 0 0TAHL? ??? ? ??5s 故降液管設(shè)計(jì)合理。 液沫夾帶 液沫夾帶量由下式計(jì)算，即 af 10e hVLTH?? ? ???? ????? fh ? ? ? ? 故 3. 2635 .7 1 0 0 .9 8e 0 .0 4 5 9 k g2 0 .0 8 1 0 0 .4 5 0 .2 5V ????????????? 液∕ kg 氣 液 /kg 氣 故本設(shè)計(jì)在液沫夾帶在允許的范圍內(nèi) . 漏液 對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速 0 min?， 可由下式計(jì)算，即 0 m i n 4 . 4 0 . 7 7 2 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 h h ) LLV? ???? ? ? ?， （ ） =∕ s 實(shí)際孔速 0 ? ∕ s 穩(wěn)定系數(shù)為 K= 00 ,m in1 0 .6 4 1 .7 36 .1 5 7uu ??﹥ 故設(shè)計(jì)中無明顯漏液。 18 12()TT — 反應(yīng)物系反應(yīng)前后的溫度，℃ 1 ( ) 3 7 3Q m c m c m c? ? ? ?水 水 氧 氣 氧 氣乙 苯 乙 苯 =[(49136 )+(147410 )+(6666)] 373 KJ= 4 ( + ) 3 7 3Q m c m c m c m c m c? ? ? ? ?焦 油 焦 油乙 苯 乙 苯 苯 乙 烯 苯 乙 烯 甲 苯 甲 苯 苯 苯 =[（ ） +（ 43390 ） +（ ） +（ ） +（ ） ] 373 = Q5 的計(jì)算 冷凝器帶走的熱量 Q5 = 6Q 的計(jì)算 設(shè)備向四周散失的熱量 6Q 可用下式計(jì)算： 36 ( ) 1 0wQ A T T?? ?? ? ? ? ? (5— 4) 式中 A— 設(shè)備散熱銘記（㎡）； 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(shí)間（ s） ； α — 對流傳質(zhì)系數(shù)， W/(㎡ 質(zhì)量守恒定律 質(zhì)量守恒定律是“進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，必須等于離開這個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中損失量和在系統(tǒng)中累計(jì)量”。 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(jìn)行冷凝、降溫；輸送到氣體壓縮機(jī)油水分離器將有機(jī)相和無機(jī)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。蒸餾按照其操作方法可分為：簡 單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。 隨著我國建材、家電和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對 PS、 ABS 樹脂以及苯乙烯系列橡膠SBR、 SBS 等需求將繼續(xù)保持較快增速，尤其是未來幾年我國 PS 市場需求將以年均 %的速度增長，相對應(yīng)苯乙烯的需求量也將不斷增加。 國內(nèi)外苯乙烯生產(chǎn)與發(fā)展?fàn)顩r 國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)分析 我國苯乙烯生產(chǎn)大多采用乙苯脫氫法，但發(fā)展較為緩慢。世界上用該法生產(chǎn)的苯乙烯的總產(chǎn)量約占世界苯乙烯總量的10%。據(jù)估算，一套以石腦油為裂解原料的 萬噸 /年乙烯裝置大約可回收約 萬噸 /年的苯乙烯。目前，世界上有 5套苯乙烯生產(chǎn)裝置采用乙苯氧化脫氫工藝進(jìn)行生產(chǎn)，另外一些新建生產(chǎn)裝置大都準(zhǔn)備采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)。乙苯催化脫氫法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找高活性和高選擇性的催化劑，一開始采用的是鋅系、鎂系催化劑，以后逐漸被綜合性能更好的鐵系催化劑所替代。針對設(shè)計(jì)要求對整個(gè)工藝流程進(jìn)行物料衡算，熱量衡算，然后根據(jù)物料平衡對苯乙烯精餾塔進(jìn)料量、塔頂、塔底出料量進(jìn)行物料衡算，對苯乙烯精餾塔的塔高、塔頂冷凝器、塔底再沸器理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇；并且分 別對精餾段、提餾段進(jìn)行了校核。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。 苯乙烯是工業(yè)上合成樹脂、離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體， 存在于蘇合香脂（一種 天然香料）中 ， 是石化行業(yè)的重要基礎(chǔ)原料。 乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫技術(shù)是用較低溫度下的放熱反應(yīng)代替高溫下的乙苯脫氫吸熱反應(yīng)，從而大大降低了能耗，提高了效率。 PO/SM 聯(lián)產(chǎn)法的特點(diǎn)是不需要高溫反應(yīng)，可以同時(shí)聯(lián)產(chǎn)苯乙烯和環(huán)氧丙烷兩種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品。 DSM 工藝采用在四氫呋喃溶劑中負(fù)載于二亞硝基鐵的鋅為催化劑，鋅的作用是使硝基化合物活化。據(jù) CMAI預(yù)測， 20xx— 20xx 年全球苯乙烯消費(fèi)年平均增幅為 %，略高于 1997— 20xx 年間的 %平均增長水平。未來幾年由于終端產(chǎn)品的合理化和 PS 替代產(chǎn)品的出現(xiàn)，我國主要的苯乙烯下游行業(yè) PS 和 EPS 消費(fèi)增速將有所放緩，而 ABS 樹脂和丁苯橡膠（ SBR）的需求增長迅速，將成為推動(dòng)苯乙烯消費(fèi)增長的新動(dòng)力。催化劑以三氧化二鐵為主，加上氧化鉻、氧化銅、氧化鉀等助催化劑涂于氧化鐵或碳酸鉀等載體上，投料比為水蒸氣 :乙苯 =2～3:1（質(zhì)量比） [10]，反應(yīng)所得的氣體混合物經(jīng)冷凝 、油水分離、多塔分離和精制，制得苯乙烯 . 生產(chǎn)過程 油水分離的有機(jī)相進(jìn)入粗餾塔，并加入阻聚劑防止苯 乙烯聚合，還要進(jìn)入乙苯塔、苯乙烯精餾塔、苯∕甲苯塔，將依次它們分離出來，把分離出來的乙苯送回脫氫反應(yīng)器，使其循環(huán)。 乙苯 (EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當(dāng)?shù)难趸癄顟B(tài)。采用連續(xù)式操作比較有利。 表 乙苯塔的物料衡算表 序號 物料名稱 質(zhì)量 Kg 序號 物料名稱 質(zhì)量 Kg 1 乙苯 塔頂 甲苯 2 甲苯 苯 3 苯 4 塔底 乙苯 總計(jì) 總計(jì) 苯乙烯精餾塔的物料衡算 將粗餾塔塔底的物料加到苯乙烯的精餾塔中進(jìn)行分離，進(jìn)一步濃縮苯乙烯的濃度。 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯乙烯的摩爾質(zhì)量 A M ? kg/kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 B M ? kg/kmol x ? Dx ? ? 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ?FM +() = ?DM +() =?WM +() = 物料衡算 原料處理量 F=總物料衡算 =D+W 苯物料衡算 = D+ W 聯(lián)立解得 D=W= 塔板數(shù)的 確定 理論板層數(shù) TN 的求取 表 苯乙烯和焦油的飽和蒸氣壓 溫度∕℃ 115 120 125 130 苯乙烯 0AP ∕ 22 kPa 焦油 0BP ∕ kPa 利用00BAPP?? 計(jì)算相對揮發(fā) 度，利用公式 xy 1x??? ? 。并且分別對精餾段、提餾段進(jìn)行校核。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 19 應(yīng)，但本工藝流程中物理過程熱效應(yīng)較低，可忽略不計(jì)，故過程熱效應(yīng)可由下式表示： 3 rpQ Q Q?? (5— 5) 式中 rQ — 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)， KJ； pQ — 物理過程熱效應(yīng)， KJ； (可忽略不計(jì)