【正文】 年產(chǎn) 30萬(wàn)噸苯乙烯車間粗苯乙烯車間精餾工段的工藝設(shè)計(jì)如下表 所示 ： 表 篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) (精餾段 /提餾段） 1 平均溫度 tm ℃ 2 平均壓力 Pm kPa 3 氣相流量 Vs m3 /h 4 液相流量 Ls m3 /h 5 實(shí)際塔板數(shù) Nt 45 6 有效高度 Z m 7 塔徑 D m 8 板間距 HT m 9 溢流形式（降液管） 雙溢流弓形 10 堰長(zhǎng) l。 33 第 7 章 精餾塔工藝參數(shù)匯總 通過對(duì)整個(gè)工藝流程和苯乙烯精餾塔進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，以及對(duì)苯乙烯精餾塔的塔徑、 塔高及其他相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇。 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(duì)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(wú)明顯漏液。 ② 邊緣區(qū)寬度確定 取 1s s c0 .0 7 m 0 .0 7 mW W W? ? ?，[18] ③ 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積 Aa按下式計(jì)算，即 22 2 1a r2 r sin18 0 rA ???? ?? ? ?（ ） 其中ds 1 . 9 0 . 3 1 9 2 0 . 0 7 1 . 5 8 m2D WW? ? ? ? ? ? ? ?（ ） （ ） r 1 .9 0 .0 7 1 .8 3 m2CD W? ? ? ? ? 故 ）（ rs in1 8 0rr2 1222a ???? ????A= 2m ④ 篩孔計(jì)算及其排列 30 所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用 ? =3mm 碳鋼板，取篩孔直徑 d=5mm。 應(yīng)選用凹形受液盤，深度為 h m? 塔板布置 ① 塔板 的分塊 因 D≥ ，故塔板采用分塊式。各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng) 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。 表 苯乙烯精餾塔氣液平衡數(shù)據(jù)表 t∕℃ 115 120 125 130 ? x y 由于實(shí)際進(jìn)料中苯乙烯的含量相對(duì)較大，故對(duì)平衡曲線圖進(jìn) 行適當(dāng)調(diào)整，平衡曲線如下圖 所示： 圖 苯乙烯 焦油平衡曲線圖 求最小回流比及操作回流比： 進(jìn)料線（ q線）與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 qy ? qx ? 23 故最小回流比為 qm i n qqxy 0 . 9 9 9 0 0 . 9 9 8 4 0 . 0 0 0 6 1 . 2y x 0 . 9 9 8 4 0 . 9 9 7 9 0 . 0 0 0 5DR ? ?? ? ? ??? 取操作回流比為 R=2 m in 2 ? ? ? 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L=RD= =V=(R+1)D=(+1) =1 9 6 0 . 9 6 4 0 0 . 8 5 1 3 6 1 . 8 1L L F? ? ? ? ?kmol/h 1 ?? kmol/h 相對(duì)揮發(fā)度取其平均值 ? 平 =[16] 全回流下的最小理論板層數(shù) :Nmin= WDDW1xx1 ln [ ( ) ( ) ] 1ln 1 x x? ? ?? 代入數(shù)據(jù)解得 : Nmin= 利用吉利蘭（ Gilliland）關(guān)聯(lián)圖 ，用簡(jiǎn)潔法求理論板層數(shù) 圖 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖 Y=+ 24 式中 : X=(RRmin)/(R+1) Y=(NNmin)/(N+2) 代入數(shù)據(jù)算得： X= NT= 實(shí)際的塔板數(shù)為 N 實(shí) =由精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度算得 N1=18，即第 18 塊塔板為進(jìn)料板 精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 ???DP kPa 每層塔板壓降 PP?? 進(jìn)料板壓力 1 0 1 .3 0 .7 4 5 1 3 2 .8FP ? ? ? ?kPa 精餾段平均壓力 m 1 0 5 .3 1 3 2 .8 / 2 1 1 9 .0 5 k aPP? ? ?（ ） 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，其中苯乙烯，焦油的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。 再根據(jù)物料衡算可知， ?苯乙烯 ， ?焦油 ；可見苯乙烯中焦油的含量非常少。 0 0 0( ) ( )r c R c Pq q q? ? ?? (5— 7) 反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為： 乙苯（ ） 苯（ KJ/mol） 甲苯（ ） 0rq =（ +） KJ/mol=rQ = 3Q =(1000 43390 )= 熱負(fù)荷 2Q 的計(jì)算 2 = + + + )Q Q Q Q Q Q4 5 6 1 3（ ） ( =(++)（ +） = 查手冊(cè)得冷卻水得 pC 為 (Kg ℃ ) 6Q =11( 10025)33600 310? = 過程效應(yīng)熱 3Q 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效應(yīng)。 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(duì)流傳質(zhì)系數(shù)， W/(㎡ ℃) 或 KJ/(Kmol 從（ 1— 1）式中可得： 2 4 5 6 1 3Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? (5— 2) 式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法 熱量計(jì)算 1Q 和 4Q 的計(jì)算 1Q 和 4Q 均可以用下式計(jì)算： 12()iiQ mcT T?? (5— 3) 式中： im — 反應(yīng)物體系中組分 i的質(zhì)量， Kg。 表 苯∕甲苯塔的物料衡算表 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 序號(hào) 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(wú)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(duì)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(hào)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(hào)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(duì)間歇生產(chǎn)可以以每日或每批 處理物料基準(zhǔn)。 表 苯乙烯精餾塔的物料衡算表 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 1 苯乙烯 塔頂 苯乙烯 2 焦油 3 阻聚劑 塔底 焦油 阻聚劑 總計(jì) 總計(jì) 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是該工段的設(shè)計(jì)與選型，通過對(duì)本工段的物料衡算、熱量衡算以及對(duì)相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算，得到本設(shè)計(jì)的主體設(shè)備苯乙烯精餾塔的塔高、塔徑、塔板數(shù)等一系列數(shù)據(jù)，構(gòu)成本設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容。加入阻聚劑的量為：（ +43390+++） %= 表 粗餾塔的物料衡算表 (Kg/批 ) 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 物料名稱 質(zhì)量 Kg 1 乙苯 塔頂 乙苯 15 2 苯乙烯 43390 甲苯 3 甲苯 苯 4 苯 塔底 苯乙烯 43390 5 焦油 焦油 6 阻聚劑 阻聚劑 總計(jì) 總計(jì) 乙苯塔的物料衡算表 將粗餾塔塔頂?shù)奈锪霞尤氲揭冶剿?，進(jìn)行分離。原料水蒸氣含 5%的雜質(zhì)氣體。 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。 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”。定每天生產(chǎn)為 1批料，每小時(shí)生產(chǎn)一批。開工因子一般取為 ～ 。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。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為 30 萬(wàn)噸 /年。由于苯乙烯用量很大，需連續(xù)化大生產(chǎn)。連續(xù)式操作，原料及能量消耗低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，因此比較經(jīng)濟(jì)；但總投資較大，占地面積較大，一般單線生產(chǎn)能力為 2～ 10萬(wàn)噸 /年。 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。 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(wú)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。 EB/SM 塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分餾塔內(nèi)進(jìn)行分餾，塔頂產(chǎn)品即為苯乙烯（ SM）單體產(chǎn)品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大部分燃料來(lái)自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機(jī)混合物（ DM）。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。蒸汽既加熱反應(yīng)進(jìn)料、減少吸熱反應(yīng)的溫度降，同時(shí)蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反應(yīng)平衡向著苯乙烯 (SM)方向進(jìn)行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活