【正文】 第1617周（業(yè)余時(shí)間）在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行車間工藝平面設(shè)計(jì)流程圖和繪制平面布置圖，帶控制點(diǎn)的流程圖等。第19周（1整天）：答辯。2．嚴(yán)格遵守紀(jì)律，在指定的地點(diǎn)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，不得擅自帶離學(xué)校。4．課程設(shè)計(jì)成果及資料按時(shí)提交。 教研室主任簽名： 2013年5月9日年產(chǎn)54萬(wàn)噸苯乙烯車間乙苯精餾工段的工藝設(shè)計(jì)摘要 本設(shè)計(jì)是以年產(chǎn)54萬(wàn)噸苯乙烯為生產(chǎn)目標(biāo)，采用乙苯脫氫制得苯乙烯的工藝方法，對(duì)整個(gè)工段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型。根據(jù)熱力學(xué)定律，對(duì)乙苯塔進(jìn)行熱量衡算，求得泡點(diǎn)、露點(diǎn)，理論塔板數(shù)、實(shí)際塔板數(shù)以及最小回流比。并且分別對(duì)精餾段、提餾段進(jìn)行了校核。本著理論聯(lián)系實(shí)際的精神。本設(shè)計(jì)主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。先經(jīng)乙苯—苯乙烯塔分離出乙苯（含苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙烯和焦油。此外，還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)，用途十分廣泛。如結(jié)晶型苯乙烯、橡膠改性抗沖聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯三聚體（ABS）、苯乙烯丙烯腈共聚體（SAN）、苯乙烯順丁烯二酸酐共聚體（SMA）和丁苯橡膠(SBR)。苯乙烯為無(wú)色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶劑中。苯乙烯（SM）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。苯乙烯難溶于水，25℃%。 。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。 苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強(qiáng)，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。在高于100℃時(shí)即進(jìn)行聚合，甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩慢的聚合。50年來(lái)，苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，到50年代和60年代已經(jīng)成熟，70年代以后由于能源危機(jī)和化工原料價(jià)格上升以及消除公害等因素，進(jìn)一步促進(jìn)老工藝以節(jié)約原料、降低能耗、消除三廢和降低成本為目標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)，取得了許多顯著成果，使苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到新的水平。 苯乙烯（SM）是合成高分子工業(yè)的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹(shù)脂，也易與丙烯腈共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯腈共聚為ABS塑料，還能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚酯樹(shù)脂等。目前，其生產(chǎn)總量的三分之二用于生產(chǎn)聚苯乙烯，三分之一用于生產(chǎn)各種塑料和橡膠。2 生產(chǎn)流程的選擇∕魯姆斯（ABB Lummus/UOP）法以乙苯為原料，采用脫氫反應(yīng)器，由開(kāi)始的單級(jí)軸向反應(yīng)器，中間經(jīng)歷開(kāi)發(fā)了雙級(jí)軸向反應(yīng)器到雙徑向反應(yīng)器再到雙級(jí)徑向反應(yīng)器的各種組合優(yōu)化的多種反應(yīng)器；反應(yīng)器的操作壓力有開(kāi)始的正壓發(fā)展到今天的負(fù)壓；:：1；蒸汽消耗由開(kāi)始的10kg∕kgSM發(fā)展到今天的4kg∕kgSM。過(guò)熱爐將蒸汽過(guò)熱至800℃而作為熱引入反應(yīng)器。 圖21 UOP∕Lummus的Classic SM工藝流程UOP∕Lummus的“SMART” SM工藝是在Classic SM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新工藝，即在工藝Classic SM工藝的脫氫反應(yīng)中引入了部分氧化技術(shù)。 “SMART”技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)提高乙苯轉(zhuǎn)化率， 減少了未轉(zhuǎn)化乙苯的循環(huán)返回量，使裝置生產(chǎn)能力提高，減少了分離部分的能耗和單耗；以氫氧化的熱量取代中間換熱，節(jié)約了能量；甲苯的生成需要?dú)?，移除氫后減少了副反應(yīng)的發(fā)生；采用氧化中間加熱，由反應(yīng)物流或熱泵回收潛熱，提高了能量效率，降低了動(dòng)力費(fèi)用，因而經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。目前采用“SMART”工藝SM裝置有3套在運(yùn)行。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∕%～%。其流程如下圖所示：圖24 巴斯夫法工藝流程示意圖 Halcon法 Halcon法又稱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，反應(yīng)條件為 , , 溫度141℃, 停留時(shí)間4h, 生成的乙苯過(guò)氧化物經(jīng)提濃到 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。反應(yīng)流程如圖24所示。魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。魯姆斯（UOP∕Lummus）經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM）單體中最成熟和有效的技術(shù)，自1970年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來(lái)，目前大約有55套裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。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性。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(guò)熱器內(nèi)進(jìn)行過(guò)熱，再與過(guò)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。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸汽過(guò)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）。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(guò)熱器的燃料，蒸汽過(guò)熱器所需大部分燃料來(lái)自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。 進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)苯乙烯的表觀需求量逐年增長(zhǎng)，20012007年由220萬(wàn)噸增加到548萬(wàn)噸，七年累計(jì)增加了150%。以此對(duì)應(yīng)的是進(jìn)口量開(kāi)始下降，0506連續(xù)兩年出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)。目前，全球苯乙烯的產(chǎn)量不斷的增大，根據(jù)美國(guó)析邁（CMAI）公司2008年9月的分析預(yù)測(cè)，鑒于低成本的中東生產(chǎn)商對(duì)市場(chǎng)的較大影響，全球到2013年的苯乙烯市場(chǎng)將會(huì)供過(guò)于求高達(dá)250萬(wàn)噸/年同時(shí)，CMAI稱，由于經(jīng)濟(jì)增速放慢，全球苯乙烯的需求增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)降低。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），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。水蒸氣用量太少或反應(yīng)溫度太低，反應(yīng)不完全，產(chǎn)率低；水蒸氣用量過(guò)多或反應(yīng)溫度過(guò)高，催化劑結(jié)炭而降低產(chǎn)率。在冷凝器中，將脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物冷凝，降低其溫度。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)入乙苯蒸出塔、苯乙烯精餾塔、苯和甲苯回收塔、蒸餾塔等，將依次它們分離出來(lái)。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。 原料、產(chǎn)品及半成品 產(chǎn)品化學(xué)名稱：苯乙烯 英文名稱：styrol規(guī) 格：含量≥% （wt%） 分 子 量：沸 點(diǎn)：℃ 熔 點(diǎn)：－℃折 光 率：（25℃） 結(jié) 構(gòu) 式： 原料化學(xué)名稱：乙苯 結(jié)構(gòu)式：分 子 量： 沸 點(diǎn)：℃折 光 率：（25℃） 密 度： 半成品乙苯經(jīng)脫氫反應(yīng)器反應(yīng)后，反應(yīng)生成物送乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（苯和甲苯）及粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。在精餾塔中，苯乙烯處于120℃的高溫，阻聚劑主要用來(lái)防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存系統(tǒng)中，溫度一般為20℃以下，聚合率較低，阻聚劑的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。 生產(chǎn)方式的選取 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(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)。苯乙烯生產(chǎn)能力根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定為年產(chǎn)54萬(wàn)噸。每日生產(chǎn)能力同樣為1800噸苯乙烯，這樣的規(guī)模應(yīng)采用連續(xù)操作。開(kāi)工因子=生產(chǎn)裝置開(kāi)工時(shí)間/年自然時(shí)間。～?？芍a(chǎn)能力為（540000103/7200）kg/h=75000kg/h。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(kāi)這個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，再加上過(guò)程中損失量和在系統(tǒng)中累計(jì)量”。表41乙苯和苯乙烯的飽和蒸氣壓溫度∕℃137138139140乙苯∕kPa苯乙烯∕kPa利用計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，用平均相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系。在圖上定點(diǎn)a()、點(diǎn)e（）和點(diǎn)c（）三點(diǎn)。連接ab，即得精餾段操作線。原料液的汽化熱為 ∕koml查出進(jìn)料組成時(shí)溶液的泡點(diǎn)為136℃，平均溫度為（136+20247?！妫?，故原料液的平均比熱容為 kJ∕（kg連接cd，即為提餾段操作線。 Z=10+10+=空塔氣速為U=1m∕s ∕sD= 取1m塔截面積為 圖41圖解法求理論板層數(shù)表42甲苯和乙苯的飽和蒸氣壓溫度∕℃115120125 130甲苯∕kPa 乙苯∕kPa 利用計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，用平均相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系。在圖上定點(diǎn)a()、點(diǎn)e（）和點(diǎn)c（）三點(diǎn)。連接ab，即得精餾段操作線，先按下法計(jì)算q值。2=65℃.由物性書(shū)冊(cè)查得78℃∕（kg℃）所以，即得q線。自點(diǎn)a開(kāi)始在操作線和平衡線之間繪梯級(jí)，圖解得理論板層數(shù)12（包括再沸器），自塔頂往下數(shù)第六層為加料板，如圖所示。分離要求：餾出液乙苯XD=99%，XW=1%（wt%）阻聚劑隨物料進(jìn)入蒸出塔，加入阻聚劑的量為：（++75000++）%=表44乙苯蒸出塔物料衡算結(jié)果進(jìn)料出料序號(hào)物料名稱