【正文】 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(wàn)噸/年。全間歇與半間歇（統(tǒng)稱(chēng)間歇式操作）的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種容易；其缺點(diǎn)是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。目錄1 總論 4 設(shè)計(jì)依據(jù) 4 設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件 4 生產(chǎn)制度 52 文獻(xiàn)評(píng)述 5 簡(jiǎn)史概述 5 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 5 產(chǎn)品生產(chǎn)發(fā)展史 5 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 5 產(chǎn)品的物化性質(zhì) 6 產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo) 7 工業(yè)生產(chǎn)方法的選擇及論證 7 產(chǎn)品的發(fā)展前景 93 物料衡算 10 原料的物料衡算 10 乙苯塔T101物料衡算 11 苯乙烯塔T102物料衡算 134 乙苯塔工藝計(jì)算 13 乙苯塔溫度計(jì)算 14 T101塔頂溫度計(jì)算 14 T101塔釜溫度計(jì)算 15 回流比的計(jì)算 16 理論板的計(jì)算 18 加料板位置的確定 19 塔徑的計(jì)算 19 進(jìn)料溫度的計(jì)算 19 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性 19 計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性 20 全塔的物質(zhì)物性 21 空塔氣速計(jì)算 22 塔高計(jì)算 23 流體力學(xué)校核 24 板壓降校核 24 液沫夾帶量的校核 25 溢流液泛條件校核 26 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核 26 漏液點(diǎn)校核 265 苯乙烯塔工藝 28 苯乙烯塔溫度的計(jì)算 28 T102塔頂溫度計(jì)計(jì)算 28 T102塔釜溫度計(jì)算 29 回流比的計(jì)算 29 理論板的計(jì)算 31 加料板位置的確定 32 塔徑的計(jì)算 32 進(jìn)料溫度的計(jì)算 32 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性 33 計(jì)算塔釜的物質(zhì)物性 34 全塔的物質(zhì)物性 34 空塔氣速計(jì)算 35 塔高計(jì)算 366 能量衡算 37 反應(yīng)器R101的熱負(fù)荷 37 熱交換器E101的熱負(fù)荷 38 加熱爐F101熱負(fù)荷 38 反應(yīng)器出料冷凝器E102的熱負(fù)荷 39 T101進(jìn)料預(yù)熱器E103的熱負(fù)荷 39 T101塔釜再沸器E104的熱負(fù)荷 40 T101塔頂全凝器E105的熱負(fù)荷 40 T102塔頂全凝器E106的熱負(fù)荷 41 T102塔釜再沸器E107的熱負(fù)荷 417 設(shè)備選型 42 換熱器的選型 42 進(jìn)出料換熱器E101的選型 42 反應(yīng)器出料冷凝器E102的選型 42 預(yù)熱器E103的選型 43 再沸器E104的選型 44 冷凝器E105的選型 44 冷凝器E106的選型 45 再沸器E107的選型 45 原料儲(chǔ)罐與產(chǎn)品儲(chǔ)罐的計(jì)算與選型 46 原料儲(chǔ)罐V101 46 T101塔頂回流罐V102 46 T102塔頂回流罐V103 47 T102塔頂出料產(chǎn)品儲(chǔ)罐V104 47 T102塔釜出料產(chǎn)品儲(chǔ)罐V105 47 47 47 輔物料線(xiàn)的管徑計(jì)算 48 泵的計(jì)算和選型 50 P101A/B原料進(jìn)料泵 50 P102A/B乙苯塔進(jìn)料泵 50 P103A/乙苯塔塔頂回流泵 51 P104A/B苯乙烯塔進(jìn)料泵 51 P105A/B苯乙烯塔塔頂回流泵 52 P106A/B苯乙烯塔塔釜輸出泵 528 經(jīng)濟(jì)核算 53 53 裝置能耗分析 54 裝置生產(chǎn)控制分析 54 裝置設(shè)計(jì)定員 55 裝置布置原則 55 裝置管道器材選用規(guī)則 56 裝置自動(dòng)控制部分 56 自動(dòng)控制水平 56 主要控制方案 56 主要儀表選型 57 裝置環(huán)境保護(hù)與安全 58 裝置三廢情況 58 安全 59 裝置危險(xiǎn)源分析 59 安全設(shè)計(jì)中采取的措施 59 投資估算及經(jīng)濟(jì)分析 60 60 其他費(fèi)用 61 預(yù)備費(fèi)用 61 專(zhuān)項(xiàng)費(fèi)用 611 總論 設(shè)計(jì)依據(jù)本課題設(shè)計(jì)的目的是生產(chǎn)苯乙烯，通過(guò)查閱各種資料和文獻(xiàn)，采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯公司生產(chǎn)技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯，連續(xù)操作?；どa(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(guò)程是間歇操作過(guò)程的連續(xù)操作過(guò)程。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(xiàn)生產(chǎn)能力為2～10萬(wàn)噸/年。由于苯乙烯用量很大，需連續(xù)化大生產(chǎn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇乙苯脫氫法和連續(xù)操作。2 文獻(xiàn)評(píng)述 簡(jiǎn)史概述 產(chǎn)品簡(jiǎn)介苯乙烯，分子式，結(jié)構(gòu)式,是不飽和芳烴最簡(jiǎn)單、最重要的成員，是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于生產(chǎn)塑料、樹(shù)脂和合成橡膠。另外，苯乙烯還應(yīng)用在制藥、染料、涂料等行業(yè)，或生產(chǎn)農(nóng)藥乳化劑及選礦劑等方面。 Bonastre蒸餾一種天然香脂——蘇合香時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 Simon同樣用水蒸氣蒸餾法由蘇合香中得到該化合物并命名為苯乙烯。1930年美國(guó)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。1941～1945年道化學(xué)、孟山都化學(xué)、Farben等公司各自開(kāi)發(fā)了自己的苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況我國(guó)苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代中期。標(biāo)志著我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)裝置進(jìn)入世界級(jí)規(guī)模。近兩年來(lái)，我國(guó)又引進(jìn)了多套苯乙烯裝置，在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)苯乙烯的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。2004年，其中, 北美 /,%； , %；, %；, %。[5]引起了苯乙烯技術(shù)研究者的注意。 產(chǎn)品的物化性質(zhì)苯乙烯是無(wú)色透明油狀液體，不溶于水，溶于醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。光或存在過(guò)氧化物催化劑時(shí)，極易聚合放熱導(dǎo)致爆炸。有毒，對(duì)人體皮膚、眼和呼吸系統(tǒng)有刺激性。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氫氣等。苯乙烯具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強(qiáng)，如氧化、還原、氯化等反應(yīng)均可進(jìn)行，并能與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)。苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯（PS）樹(shù)脂。表21 苯乙烯物性數(shù)據(jù)熔點(diǎn)(℃)－沸點(diǎn)(℃)146相對(duì)密度(水=1)相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)飽和蒸氣壓(kPa)(℃)燃燒熱(kJ/mol)表21 苯乙烯物性數(shù)據(jù)臨界溫度(℃)369臨界壓力(MPa)辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值閃點(diǎn)(℃)引燃溫度(℃)490爆炸上限%(V/V)爆炸下限%(V/V) 產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)表22 苯乙烯質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目?jī)?yōu)等品一等品合格品純度（wt%）≥≥≥ 工業(yè)生產(chǎn)方法的選擇及論證目前，工業(yè)上苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有環(huán)球化學(xué)∕魯姆斯法、Fina∕Badger法、巴斯夫法、Halcon法、裂解汽油萃取分離法、環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法等。UOP∕Lummus的Classic SM流程中乙苯脫氫工藝裝置主要有蒸汽過(guò)熱爐、絕熱型反應(yīng)器、熱回收器、氣體壓縮機(jī)和乙苯∕苯乙烯分離塔。乙苯脫氫的工藝操作條件為550～650℃，常壓或減壓，蒸汽∕～。蒸汽過(guò)熱至800～900℃，與預(yù)熱的乙苯混合再通過(guò)催化劑，反應(yīng)溫度為650℃，壓力為負(fù)壓，蒸汽∕%～%。Fina／Badger與ABB Lummus公司一起幾乎壟斷了世界苯乙烯生產(chǎn)專(zhuān)利市場(chǎng)。反應(yīng)產(chǎn)物與原料氣系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，列管間加折流擋板，使加熱氣體徑向流動(dòng)，煙道氣進(jìn)口750℃，出口630℃，換熱后乙苯的進(jìn)料溫度達(dá)到585℃，直接與管內(nèi)脫氫催化劑接觸反應(yīng)。（4）Halcon法Halcon法又稱(chēng)PO－SM聯(lián)產(chǎn)法。反應(yīng)過(guò)程中乙苯在液相反應(yīng)器中用氧化成過(guò)氧化物，溫度141℃，停留時(shí)間4h，生成的乙苯過(guò)氧化物經(jīng)提濃度到17%后，進(jìn)入環(huán)氧化工序。環(huán)氧化反應(yīng)液經(jīng)蒸餾得環(huán)氧丙烷。（5）裂解汽油萃取分離法日本日本東麗公司開(kāi)發(fā)了Stex法裂解汽油萃取分離苯乙烯技術(shù)，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用萃取劑，%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。其優(yōu)點(diǎn)是克服了AlCl3法有污染、腐蝕和需要氯資源的特點(diǎn)。通過(guò)比較上述六種方法，可以看出方案（1）工藝流程簡(jiǎn)單，工藝條件合理，生產(chǎn)成本低，最適合工業(yè)化生產(chǎn)，并且具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，所以最終確定按照方案（1）進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，即魯姆斯法。（b）操作容易：利用該技術(shù)的工業(yè)化裝置已證明它具有很高的可靠性。（c）催化劑壽命長(zhǎng)：根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，脫氫催化劑的使用壽命是18～24個(gè)月。（d）能量回收：魯姆斯公司在苯乙烯裝置上已實(shí)現(xiàn)了低品位能量（500大卡/公斤苯乙烯）的回收工藝，利用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱來(lái)汽化乙苯和水的共沸物，并直接送至脫氫反應(yīng)器，而不需要任何壓縮設(shè)備。 產(chǎn)品的發(fā)展前景我國(guó)苯乙烯主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯、ABS樹(shù)脂、SAN樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等?？傮w上來(lái)看，我國(guó)對(duì)苯乙烯的需求量很大,而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力偏低,市場(chǎng)缺口較大,每年都需從國(guó)外進(jìn)口大量的苯乙烯。開(kāi)發(fā)苯乙烯生產(chǎn)工藝,有利于緩解國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供需緊張的矛盾。設(shè)計(jì)裕度：，則查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》見(jiàn)表31表31 物質(zhì)常溫下屬性物質(zhì)分子量 密度kg/m3沸點(diǎn)℃乙苯870苯乙烯902苯880甲苯866阻聚劑882乙烯610表31 物質(zhì)常溫下屬性物質(zhì)分子量 密度kg/m3沸點(diǎn)℃甲烷420氫氣水997100焦油1100337 表32 反應(yīng)器進(jìn)料組成表組成Kg/hWt%Kmol/hMol%乙苯甲烷水蒸汽合計(jì)表33 反應(yīng)器出料組成表組成Kg/hWt%Kmol/hMol%乙苯甲烷水蒸汽苯乙烯乙烯苯甲苯氫氣合計(jì)阻聚劑流量=（+5810++）%=247。 乙苯塔T101物料衡算苯乙烯聚合量=10%=聚合物流量=247。已知各組分的沸點(diǎn)（從低到高）：苯甲苯乙苯苯乙烯阻聚劑焦油。設(shè)定為苯乙烯重關(guān)鍵組分，乙苯為輕關(guān)鍵組分。已知各組分的沸點(diǎn)（從低到高）：乙苯苯乙烯阻聚劑焦油。設(shè)定阻聚劑重關(guān)鍵組分，苯乙烯為輕關(guān)鍵組分。10=所以相對(duì)于120℃而言溫度變化為：（1－）247。氣相組成見(jiàn)表44表44 T101塔釜?dú)庀嘟M成序號(hào)組份mol%1乙苯2苯乙烯3焦油4阻聚劑查《化工原理》下，P93露點(diǎn)溫度的計(jì)算公式：取溫度為220℃計(jì)算,各組分yi見(jiàn)表45表45 220℃時(shí)塔釜各組分yi摩爾分?jǐn)?shù)yi飽和蒸汽壓/KPaKiyi/Ki乙苯苯乙烯焦油阻聚劑求和取溫度為230℃計(jì)算，各組分xi見(jiàn)表46表46 230℃時(shí)塔釜各組分xi摩爾分?jǐn)?shù)yi飽和蒸汽壓/KPaKiyi/Ki乙苯苯乙烯焦油阻聚劑求和因?yàn)閥i/Ki=1介于220℃和230℃之間假設(shè)各物質(zhì)220℃230℃的飽和蒸汽壓隨溫度變化為線(xiàn)性變化（內(nèi)插法）則1℃對(duì)應(yīng)于yi/Ki的變化為：(－)247。=塔釜溫度Tw=220＋= 回流比的計(jì)算塔頂TD=℃，通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算塔頂各組分的飽和蒸汽壓，查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》T101塔頂T=℃時(shí)各組分的相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表47表47 T101塔頂各組分的相對(duì)揮發(fā)度飽和蒸汽壓/Kpa相對(duì)揮發(fā)度a乙苯苯乙烯1苯甲苯 其中，相對(duì)揮發(fā)度均為相對(duì)于重關(guān)鍵組分苯乙烯而言的例如：ɑ苯=247。s同理，在塔釜T=224℃時(shí)uL=＋＋＋=s查《化工原理》下冊(cè)，P118，圖1019精餾塔全塔效率關(guān)聯(lián)圖得，=實(shí)際板數(shù)：塊取塔板數(shù)N=108塊 加料板位置的確定查《化工原理》下，P98代入數(shù)據(jù)得 Nminl=又因?yàn)樗訬l=加料板取為第19塊實(shí)際：，即進(jìn)料板為第34塊板。 計(jì)算塔頂?shù)奈镔|(zhì)物性查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》得，塔頂在T=℃下的物性見(jiàn)表411表411 塔頂各組分的物性分子式相對(duì)分子質(zhì)量mol%液體密度g/cm3液體粘度mPa*s表面張力N/m乙苯苯乙烯苯甲苯甲醇塔塔頂?shù)钠骄鄬?duì)分子質(zhì)量MDMD=+＋+=塔頂?shù)臍庀嗝芏萈V塔頂?shù)囊合嗝芏萈L、PL=（＋＋+）1000=塔頂?shù)囊后w粘度uLuL=＋＋＋=s塔釜的氣體流量WVV39。MW==塔釜的液體流量WLL39。==＋＋+=塔釜的物質(zhì)性質(zhì)匯總，見(jiàn)表414表414 塔釜的物質(zhì)性質(zhì)匯總相對(duì)分子質(zhì)量g/mol氣體密度PV/（kg/m3)液體密度PL/（kg/m3)液體粘度UL/