8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?014屆）</b></p><p>　　題 目： 年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 化學(xué)化工學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué)生姓名： 柳傳紅 學(xué)號： 21007051036 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 詹益民 職稱（學(xué)位）： 講師

3、 </p><p>　　合作導(dǎo)師： 詹益民 職稱（學(xué)位）： 講師 </p><p>　　完成時間： 2014 年4月25日 </p><p>　　成 績： </p><p>&

4、lt;b>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　茲呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個人或集體的研究成果，均在文中以明確方式標(biāo)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。</p><p>　　聲明人（簽名）：柳傳紅</p><p>　　2012年4月25日</p>

5、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要………………………………………………………………………………3</p><p>　　外文摘要………………………………………………………………………………4</p><p>　　引言……………………………………………………………………………………6</p>

6、<p>　　1 概述…………………………………………………………………………6</p><p>　　1.1 原料與產(chǎn)品概述……………………………………………………………6</p><p>　　1.1.1 原料概述………………………………………………………………6</p><p>　　1.1.2 產(chǎn)品概述……………………………………………………………6&

7、lt;/p><p>　　1.1.3 產(chǎn)品用途…………………………………………………………………6</p><p>　　2 苯乙烯的市場分析………………………………………………………………6</p><p>　　2.1 世界市場分析………………………………………………………………6</p><p>　　2.2 國內(nèi)市場分析及發(fā)展趨勢……………

8、……………………………………7</p><p>　　3 苯乙烯生產(chǎn)工藝流程……………………………………………………………7</p><p>　　3.1 苯乙烯主要生產(chǎn)工藝………………………………………………………7</p><p>　　3.2 苯乙烯生產(chǎn)工藝流程的選擇………………………………………………7</p><p>　　3.3

9、生產(chǎn)工藝流程簡圖…………………………………………………………8</p><p>　　3.4 工藝流程的敘述……………………………………………………………8</p><p>　　4 設(shè)計任務(wù)書……………………………………………………………………9</p><p>　　5 工藝計算………………………………………………………………………9</p>&l

10、t;p>　　5.1 物料衡算……………………………………………………………………9</p><p>　　5.2 能量衡算…………………………………………………………………13</p><p>　　5.3 主要設(shè)備選型………………………………………………………………16</p><p>　　5.3.1 苯乙烯精餾塔操作條件……………………………………………

11、…16</p><p>　　5.3.2 理論板數(shù)的計算……………………………………………………17</p><p>　　5.3.3進料板位置的確定………………………………………………17</p><p>　　5.3.4 塔徑及塔高的計算……………………………………………………18</p><p>　　5.3.5塔板主要工藝尺寸的計算……………

12、…………………………………20</p><p>　　5.3.6冷凝器的設(shè)計……………………………………………………………21</p><p>　　6 生產(chǎn)事故預(yù)防及發(fā)展建議………………………………………………………22</p><p>　　6.1 生產(chǎn)事故預(yù)防………………………………………………………………22</p><p>　　6.2

13、 發(fā)展建議…………………………………………………………………23</p><p>　　7 副產(chǎn)品及廢棄物處理…………………………………………………………23</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………25</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………26</p>

14、<p>　　年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計</p><p>　　化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝 柳傳紅（21007051036）</p><p>　　指導(dǎo)老師：詹益民 </p><p>　　摘要：以年產(chǎn)8萬噸苯乙烯為生產(chǎn)目標(biāo)，采用乙苯脫氫制得苯乙烯的工藝方法，對整個工段進行工藝設(shè)計和設(shè)備選型。設(shè)計對整個工藝流程進行了物料衡算，熱量衡算，對設(shè)備理論上進行了尺

15、寸計算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計要求，達(dá)到所需要的工藝條件。設(shè)計還附帶一張帶控制點的工藝流程圖和一張化工設(shè)備圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：苯乙烯；乙苯脫氫；工藝計算；乙苯苯乙烯精餾</p><p>　　The process design of annual output 80,000 tons styrene</p><p>　　Liuchuanhong Dir

16、ector：zhan yi min </p><p>　?。–ollege of Chemistry and chemical engineering，Huangshan University, Huangshan, Anhui, 245041）</p><p>　　Abstract：The design is based on an annual output of 80,000ton

17、s for the production of styrene, using ethylbenzene dehydrogenation of styrene to process method, process for the whole process design and equipment selection. The design of the whole process flow is the material balance

18、, heat balance calculations, theory of equipment size calculation and choose, make the equipment to meet the design requirements, to need process conditions. The design includes an auxiliary take control of the process &

19、lt;/p><p>　　Key Words: styrene；ethylbenzene；dehydrogenation process calculation；Ethyl benzene and styrene distillation</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　苯乙烯最早發(fā)現(xiàn)于蘇合香脂，是一種天然香料。直到19

20、世紀(jì)三四十年代才被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，是由法本公司和陶瓷化學(xué)公司采用乙苯脫氫法進行小規(guī)模生產(chǎn)。但由于精餾技術(shù)未有大的發(fā)展而得到限制。直到道化學(xué)公司和BASF公司才在精餾技術(shù)上有突破，得到高純度苯乙烯單體并聚合生成穩(wěn)定、透明、無色塑料。第二次世界大戰(zhàn)過后，不僅是苯乙烯產(chǎn)量快速上升，而且也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)技術(shù)，先后有美國的乙苯共氧化法和日本的裂解汽油抽提法，之后實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　近年來我國在

21、建筑材料、家庭電器、汽車行業(yè)等方面取得飛快的發(fā)展，這無疑刺激了苯乙烯類樹脂的消費水平，我國苯乙烯行業(yè)都是處于供求不足的狀態(tài)，每年都需要依靠世界市場來滿足國內(nèi)市場的需求。因此必然導(dǎo)致國內(nèi)苯乙烯的價格上升。70多年來，不斷提高苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)水平，成熟于五六十年代的工藝，后期又由于受市場上能源、原料價格及國家綠色環(huán)保政策等因素的影響，使得苯乙烯的生產(chǎn)做到低耗能、原料的重復(fù)利用以及對工業(yè)上的“三廢”優(yōu)化處理，逐漸取代了傳統(tǒng)的工藝，使得苯乙烯的

22、生產(chǎn)技術(shù)水平得到進一步提高，更能跟得上時代的發(fā)展腳步。</p><p>　　本文主要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計任務(wù)書進行物料衡算和能量衡算以及對設(shè)備理論上進行了尺寸計算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計要求，達(dá)到所需要的工藝條件，同時分析了國內(nèi)外苯乙烯的生產(chǎn)和供需情況，并對生產(chǎn)苯乙烯過程中所發(fā)生的危險事故的發(fā)生及工藝上的問題作了介紹，提出了一些對未來市場上有用的生產(chǎn)新技術(shù)。結(jié)合實際生產(chǎn)與事故，對苯乙烯生產(chǎn)中存在的一些危險進行了預(yù)防。不斷的

23、在生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模和新的技術(shù)水平上提高，能夠做到苯乙烯從產(chǎn)量及質(zhì)量達(dá)到新的高度，讓我國苯乙烯市場具有高的競爭力。設(shè)計過程中涉及到有機、化工原理以及化工分離工程、化工熱力學(xué)等多門學(xué)科的知識。通過本次設(shè)計讓我更清晰的掌握了這些學(xué)科的一些基本知識，更加鞏固了曾經(jīng)在課堂上所學(xué)的。</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 原料與產(chǎn)品概述<

24、/p><p>　　1.1.1 原料概述</p><p>　　乙苯分子式為C6H5C2H5 ，相對分子質(zhì)量為106，是生產(chǎn)苯乙烯的中間體，無色有芳香氣味，熔點（℃）：-94.9 ，沸點（℃）：136.2，易燃具有毒性。原料中乙苯：>99.95%（w%）</p><p>　　1.1.2 產(chǎn)品概述</p><p>　　苯乙烯（SM）

25、是通過苯取代乙烯分子上的一個氫原子所形成的具有無色、有特殊香氣的油狀有機化合物。分子式C8H10，相對分子量104。苯環(huán)可與乙烯基形成共軛電子對，其不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機溶劑中；有毒，在空氣中允許濃度為0.1mg/L。該物質(zhì)會對地表水、土壤、大氣和飲用水造成污染，甚至造成水體污染，嚴(yán)重影響水下生物的生存和人的生活健康。由于其具有強的揮發(fā)性和易被光解，故在儲存時切不可暴露的大氣中，但其也可以被一些微生物降解，即能被特異的菌叢所破壞

26、，亦能被空氣中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇，且易燃，遇明火、強氧化劑有引起燃燒爆炸的危險，其氣體形態(tài)與空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限1.1%~6.1%（氣體體積分?jǐn)?shù)）。</p><p>　　1.1.3 產(chǎn)品用途</p><p>　　苯乙烯主要用來生產(chǎn)生活中所熟知的各種家電、包裝材料、建筑材料以及一些高性能的樹脂和彈性體的原料。其中苯乙烯需求量最大的當(dāng)屬聚苯乙烯（PS），聚苯乙烯

27、又包括通用聚苯乙烯（GPPS）、高抗聚苯乙烯（HIPS）、可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）。生產(chǎn)的其他的材料有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）、苯乙烯-丙烯腈樹脂（SAN）、不飽和聚酯樹脂（UPR）、丁二烯-苯乙烯橡膠（SBR）以及丁二烯苯乙烯乳液等。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)裝飾、照明指示、電絕緣材料以及光學(xué)儀器零件、透明模型、玩具、日用品、汽車制造、家用電器、造紙、紡織、制鞋等工業(yè)部門。不僅如此，它還可作為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料及選礦劑的中間體，

28、用途十分廣泛[1]。</p><p>　　2 苯乙烯市場分析[2~3]</p><p>　　2.1 世界市場分析</p><p>　　世界苯乙烯產(chǎn)能主要分布在北美、西歐及東北亞地區(qū)。世界苯乙烯產(chǎn)能穩(wěn)步增長，2002-2012年年均增長3.3%，2012年底世界總產(chǎn)能約3260萬t/年。2012年世界苯乙烯消費量達(dá)到2735萬噸，2012年的產(chǎn)量年均增長2.1%，

29、2012年總</p><p>　　產(chǎn)量約2760萬噸，2012-2017年均增速3.5% ，未來世界苯乙烯的消費將保持增長，2017年達(dá)到3250萬噸。目前為止世界上生產(chǎn)的苯乙烯已供過于求，世界苯乙烯的生產(chǎn)都將趨于緩和。</p><p>　　2.2 國內(nèi)市場分析及發(fā)展趨勢</p><p>　　中國苯乙烯產(chǎn)能增長迅速，2002-2012年的年均增長率達(dá)到13%；20

30、13年，中國苯乙烯擬在建項目的產(chǎn)能約為340萬噸/年； 2012年中國苯乙烯表觀消費量達(dá)到800萬噸，同比增長4.8%；中國聚苯乙烯產(chǎn)能增長迅速，2012年的年均增長率達(dá)到13%；中國ABS樹脂生產(chǎn)能力較快增長，2002-2012年的年均增長率達(dá)到14%；幾年來中國苯乙烯缺口較大，自給率逐年提升2010年自給率首次超過50%，2012年已超過55% 2017年中國苯乙烯缺口仍較大，預(yù)計將保持在目前水平。</p><

31、p>　　全球苯乙烯的生產(chǎn)能力已經(jīng)出現(xiàn)了過剩的態(tài)勢，在亞洲當(dāng)中中國所占有的苯乙烯消費比例不斷增加，這樣我國就需要從世界市場滿足需求。雖然目前我國苯乙烯的生產(chǎn)還有很大的進步空間，但隨著我國各個行業(yè)的發(fā)展迅速就會導(dǎo)致苯乙烯的需求量增加，這樣就會刺激生產(chǎn)苯乙烯的各個企業(yè)之間的競爭，將使得這些企業(yè)不斷擴大生產(chǎn)，帶動了苯乙烯生產(chǎn)設(shè)備的投資快速增長。又由于聚苯乙烯和ABS樹脂等苯乙烯的產(chǎn)品保持增長的態(tài)勢。苯乙烯需求增大就要擴大規(guī)模來生產(chǎn)，帶動周

32、圍國家和企業(yè)去挑戰(zhàn)機遇。這樣一定程度上能夠緩和苯乙烯生產(chǎn)能力。因此，國內(nèi)苯乙烯市場發(fā)展?jié)摿^大。</p><p>　　3 苯乙烯生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　3.1 苯乙烯主要生產(chǎn)工藝</p><p>　　目前，工廠規(guī)?；a(chǎn)苯乙烯工藝路線[3]：乙苯催化脫氫、環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)、裂解汽油抽提三種方法。其中工藝路線生產(chǎn)苯乙烯乙苯脫氫占79%，裂解汽油抽提法占2%，

33、環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法占19%。雖然環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)不僅有苯乙烯產(chǎn)品，還有環(huán)氧丙烷，但其工藝流程復(fù)雜且又長，在設(shè)備上就有大量的投資，流程長又易造成能源耗損大，而裂解汽油抽提在原料方面獲得較困難。相比之下乙苯脫氫目前更具有優(yōu)勢，目前我國大概有90%的采用此工藝方法。其中乙苯催化脫氫法又可分為（1）多管等溫脫氫工藝；（2）絕熱催化脫氫工藝。</p><p>　　3.2 苯乙烯生產(chǎn)工藝流程的選擇</p>&l

34、t;p>　　在工藝流程的選擇上要遵從“技術(shù)上先進和經(jīng)濟上合理”的原則來考慮問題，絕熱催化脫氫所用反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單且裝置費用可觀，也有很強的生產(chǎn)力。而多管等溫脫氫流程較復(fù)雜且等溫條件難控制。在絕熱反應(yīng)器中單段反應(yīng)器生產(chǎn)能力還行，但由于其低的轉(zhuǎn)化率和選擇性且高能耗，不滿足技術(shù)先進和經(jīng)濟合理。采用兩段反應(yīng)器很好解決以上缺點而應(yīng)用。故采用的工藝為兩段絕熱催化脫氫。</p><p>　　3.3 生產(chǎn)工藝流程圖[4]&

35、lt;/p><p>　　3.4 工藝流程的敘述</p><p><b>　　反應(yīng)過程主要反應(yīng)：</b></p><p>　　C6H5C2H5 → C6H5CHCH2+H2  (3-1)</p><p>　　生成苯乙烯和氫氣，反應(yīng)的選擇性為95%轉(zhuǎn)化率為60%；

36、發(fā)生的副反應(yīng)有：</p><p>　　C6H5C2H5 → C6H6 +C2H4              (3-2)</p><p>　　C6H5C2H5 + H2 → C6H5CH3 + CH4  &

37、#160;      (3-3) </p><p>　　兩反應(yīng)的選擇性分別為1%、3%，反應(yīng)過程中產(chǎn)生苯、甲苯、乙烯和甲烷。苯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計過程分為催化脫氫和精餾分離階段。首先原料乙苯通過加熱變成乙苯蒸氣與水產(chǎn)生的水蒸汽在有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)之后進入冷卻器和分離器，氣體則通過收集處理或直接排放，分離出的液體產(chǎn)物則進入甲苯/乙苯塔進行初步分離，

38、塔頂?shù)玫郊妆胶捅?，進入苯/甲苯塔進行精餾富集苯和甲苯，塔底得到乙苯和苯乙烯進入到苯乙烯精餾塔進一步分離，分離得到塔頂出產(chǎn)品苯</p><p>　　乙烯，塔底分離得到乙苯則進入循環(huán)乙苯重新利用。</p><p><b>　　4 設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　原料：99.95%( W% )的乙苯，視為純物質(zhì)。</p>&l

39、t;p>　　產(chǎn)品：苯乙烯：>99.7%（W%）</p><p>　　生產(chǎn)量為：11111kg/h的苯乙烯生產(chǎn)。</p><p>　　開工時間為7200小時</p><p>　　甲苯/乙苯塔：常壓操作，塔頂乙苯<0.4%，塔底甲苯<0.5%（W%）</p><p>　　苯乙烯精餾塔：常壓操作，塔頂苯乙烯<0.65%

40、，塔底乙苯<0.45%（W%）。操作壓力為101kPa，泡點進料q=1，單板壓降≤0.7kPa；全塔效率。</p><p>　　苯/甲苯塔：常壓操作，塔頂甲苯<0.3%，苯<0.2%（W%）。</p><p>　　冷凝器：水進口溫度為293K，出口溫度323K，Δt=30K。</p><p><b>　　5 工藝計算</b>

41、</p><p><b>　　5.1 物料衡算</b></p><p>　　物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即進入的物料與流出的物料平衡沒有積累量。質(zhì)量守恒定律可用下式表示：</p><p>　　∑G進=∑G出+∑G損+∑G積</p><p>　　式中： ∑G進—進入的總物料量；</p>

42、<p>　　∑G出—輸出的總物料量；</p><p>　　∑G損—總的損失量；</p><p>　　∑G積—系統(tǒng)中積累量。</p><p><b>　　反應(yīng)器的物料衡算：</b></p><p>　　乙苯脫氫反應(yīng)方程式為：</p><p>　　主反應(yīng)　 C6H5C2H5 →

43、  C6H5CHCH2 + H2       (1)</p><p>　　副反應(yīng)  C6H5C2H5 → C6H6 +C2H4              (2)</p>

44、;<p>　　C6H5C2H5 + H2 → C6H5CH3 + CH4          (3)</p><p>　　物料衡算相關(guān)技術(shù)條件：</p><p>　　(1)式選擇性為95%，其轉(zhuǎn)化率為60%；(2)、(3)選擇性分別為1%、3%。 苯乙烯年產(chǎn)

45、8萬噸。為了充分利用設(shè)備，要合理控制生產(chǎn)時間，盡量盡可能多的生產(chǎn)時間，同時又要慮到設(shè)備的維修和生產(chǎn)調(diào)試以及保養(yǎng)等情況。因此除去這些時間65天，則真正生產(chǎn)的時間為300天。</p><p>　　可知每批料的生產(chǎn)能力為：，投入乙苯量為：20000kg/h。</p><p><b>　　反應(yīng)器出料為：</b></p><p><b>　　則

46、剩余的乙苯：</b></p><p><b>　　反應(yīng)器進出料組成：</b></p><p>　　表5-1 反應(yīng)器進出口組成</p><p>　?。?）冷凝器的物料衡算</p><p><b>　　冷凝器進出口組成：</b></p><p>　　表5-2 進料

47、組成為</p><p>　　冷凝器頂口出料氣體為：乙烯52.83kg/h、氫氣215.094kg/h、甲烷90.566kg/h，</p><p><b>　　冷凝器底物料組成：</b></p><p>　　表5-3 冷凝器底物料組成為</p><p>　?。?）甲苯/乙苯塔的物料衡算</p><p&

48、gt;　　甲苯/乙苯塔塔頂：乙苯<0.4%；塔底甲苯<0.5%。</p><p>　　在甲苯/乙苯塔中其進料組成及平均操作條件下各組分對關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度如下表：</p><p><b>　　表5-4</b></p><p>　　對于精餾塔的物料衡算本設(shè)計采用清晰分割[7]，即若兩關(guān)鍵組分的揮發(fā)度差異較大，且兩者為相鄰組分，此時可

49、認(rèn)為比重關(guān)鍵組分還重的組分全部在塔底產(chǎn)品中，比輕關(guān)鍵組分還輕的組分全部在塔頂產(chǎn)品中。</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p>　　甲苯/乙苯塔物料衡算表如下：</p><p>　　表5-5 甲苯/乙苯塔塔頂塔底組成</p>

50、<p><b>　　總計：</b></p><p>　?。?）苯/甲苯塔的物料衡算</p><p>　　苯/甲苯塔：甲苯<0.3%；苯<0.2%。</p><p>　　苯/甲苯塔進料組成：</p><p>　　進料量總計m=147.17+518.151+31.155=696.476</p&

51、gt;<p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p>　　全塔出口總計m=146.876+1.554+31.155+0.294+516.597=696.476</p><p>　?。?）苯乙烯精餾塔的物料衡算</p><p>　　苯乙烯精

52、餾塔：塔頂苯乙烯<0.65%；乙苯<0.45%。</p><p>　　苯乙烯精餾塔進料組成為：苯乙烯11184.906kg/h、乙苯7757.524kg/h、甲苯2.604kg/h，進料總物料量m=18945.034kg/h。</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b>

53、;</p><p>　　全塔出口總物料量為：</p><p>　　m=7722.615+2.604+72.702+11112.204+34.909=18945.034</p><p>　　表5-6 苯乙烯精餾塔物料衡算</p><p><b>　?。?）全程物料衡算</b></p><p>　　

54、反應(yīng)總投入物料量反應(yīng)后經(jīng)冷凝器、分離塔分離出的各物料量為：</p><p>　　乙烯、氫氣、甲烷流量分別為：52.83kg/h、215.094kg/h、90.566kg/h，輸出物料總流量：</p><p><b>　　5.2 能量衡算</b></p><p>　　由于反應(yīng)過后反應(yīng)液的溫度較高需要降低溫度后再進行精餾分離，所以反應(yīng)液需得進入冷

55、凝器進行冷凝。即將反應(yīng)液溫度由500℃降到100℃，其流量為20000kg/h。冷卻介質(zhì)采用20℃，選擇冷卻水的溫升為30℃，則出口溫度℃，定性溫度下 kJ/(kg·℃)</p><p>　?。?）對冷凝器的熱量衡算：</p><p>　　表5-7 各物系的平均比熱容</p><p>　　[8] (5-1)</p

56、><p>　　則冷凝器進料口的熱量：</p><p>　　冷凝器出料口的熱量：</p><p>　　所以熱負(fù)荷

57、 </p

58、><p><b>　　冷卻水用量：</b></p><p>　　（2）對甲苯/乙苯塔的熱量衡算：</p><p>　　進料溫度為100℃塔頂出口溫度89℃，塔底出口溫度為105℃。塔的進料熱量如下表：</p><p>　　表5-8 甲苯/乙苯塔進料熱量</p><p><b>　　塔頂輸出

59、熱量：</b></p><p><b>　　塔底輸出熱量：</b></p><p>　　所以再沸器的熱負(fù)荷為：</p><p>　?。?）苯/甲苯塔的熱量衡算</p><p>　　塔進料液為89℃，塔頂出料平均溫度設(shè)為85℃塔底平均溫度為102℃。進料熱量如下：</p><p><

60、;b>　　塔頂輸出熱量：</b></p><p><b>　　塔底輸出熱量：</b></p><p><b>　　熱負(fù)荷為</b></p><p>　　表5-9 苯/甲苯塔熱量衡算表</p><p>　?。?）苯乙烯精餾塔的熱量衡算</p><p><

61、;b>　　塔進料熱量：</b></p><p>　　表5-10 苯乙烯精餾塔進料熱量</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　熱負(fù)荷：</b></p><p>

62、;　　表5-11 苯乙烯精餾塔出料熱量</p><p>　　5.3 主要設(shè)備選型</p><p>　　5.3.1 苯乙烯精餾塔操作條件</p><p>　　苯乙烯精餾塔進料組成為：苯乙烯11184.906kg/h、乙苯7757.524kg/h、甲苯2.604kg/h。操作壓力為101kPa，泡點進料q=1，單板壓降≤0.7kPa；全塔效率，， ，，由于塔中甲苯

63、量很少因此可以忽略不計。</p><p><b>　　平衡方程為：</b></p><p><b>　　(5-2)</b></p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p>&l

64、t;b>　　因為泡點進料：</b></p><p><b>　　(5-3)</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　5.3.2 理論板數(shù)計算</p><p>　　在

65、精餾塔的設(shè)計型計算中，為了進行技術(shù)經(jīng)濟分析，確定適宜回流比可采用吉利蘭圖進行簡捷計算。</p><p><b>　　根據(jù)芬斯克方程：</b></p><p><b>　　(5-4)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　已知 &

66、lt;/b></p><p><b>　　(5-5)</b></p><p><b>　　得： 即 ，求得</b></p><p>　　實際塔板數(shù)（不含再沸器）</p><p>　　故實際塔板數(shù)取整N=53</p><p>　　5.3.3 進料板位置的確定</p

67、><p><b>　　，</b></p><p>　　即從塔頂往下第14塊板為進料板。</p><p><b>　　操作壓力：</b></p><p><b>　　塔頂操作壓力</b></p><p><b>　　塔底操作壓力</b>&

68、lt;/p><p><b>　　進料操作壓力</b></p><p>　　飽和蒸汽壓計算公式(安托尼方程)：lnP=A－B/(t+C) </p><p>　　乙苯：A=16.0195 B=3279.47 C=－59.95 </p><p>　　苯乙烯：A=19.0193 B=3328.57 C=－63.72

69、 </p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程透過試差法計算出泡點溫度，其中乙苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算。計算結(jié)果如下：</p><p><b>　　塔頂溫度℃</b></p><p><b>　　進料板溫度℃</b></p><p><b>　　塔底溫度℃</b>

70、</p><p>　　5.3.4 塔徑及塔高的計算</p><p><b>　　平均溫度：(℃)</b></p><p><b>　　精餾段平均壓力</b></p><p><b>　　因為</b></p><p>　　則精餾塔的液氣相負(fù)荷：</

71、p><p><b>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p>　　有，由平衡方程可得，則</p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　有，可得，則</b></p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　為便于

72、計算塔頂以乙苯為主且101kPa，89℃時，。 </p><p>　　其中C20有化工原理中的史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，圖的橫坐標(biāo)為</p><p>　　選塔板間距HT=0.40m，查圖得C20=0.0825 m/s，則</p><p><b>　　相負(fù)荷因子為：</b></p><p><b>　　泛點氣速為：&

73、lt;/b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則氣速</p><p><b>　　取實際塔徑D為2m</b></p><p><b>　　塔高：</b></p><p><b>　　精餾段的有效高度：</b></p><p><b&g

74、t;　　提餾段的有效高度：</b></p><p>　　安裝2個人孔，孔徑600mm，則塔的有效高度：</p><p>　　裙座取1m，塔釜1m，第一塊板到塔頂取1.0m，板間距HT=0.4m，所以塔高： </p><p>　　5.3.5 塔板主要工藝尺寸的計算[10]</p><p><b>　?。?）溢流裝置計算&

75、lt;/b></p><p>　　因塔徑為D=2m，可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：堰長取=0.66D=0.66×2=1.32(m)</p><p><b>　　溢流堰高度取</b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度由下式計算即，</p><p><b>　　(5

76、-6)</b></p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p>　　取板上清液層高度：=80mm </p><p>　　故 =0.08-0.0234=0.0566(m)</p><p>　　弓形降液管寬度和截面積：</p><p><b>　　

77、由 </b></p><p>　　依下式驗算液體在降液管中提留時間，即</p><p><b>　　>5s</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　　降液管底隙高度h0：</p><p><b&g

78、t;　　(5-7)</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　，故合理的設(shè)計降液管底隙高度。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度為</p><p><b>　?。?）塔

79、板布置</b></p><p>　　塔板的分塊因D≥800mm，故塔板采用分塊式。查表得塔板分為5塊。</p><p><b>　　邊緣區(qū)寬度確定取。</b></p><p>　　開孔區(qū)面積計算，開孔區(qū)面積Aa按下式計算，即</p><p><b>　　(5-8)</b></p&g

80、t;<p><b>　　其中： </b></p><p>　　故 （3）篩孔計算及其排列</p><p>　　選用正三角形排列的碳鋼板，篩孔取直徑d=5mm?？字行木鄑為：</p><p>　　t=3d=3×5=15(mm)</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為：</b

81、></p><p><b>　　(個)</b></p><p><b>　　開孔率為：</b></p><p>　　5.3.6 冷凝器的設(shè)計</p><p>　　本冷凝器設(shè)計是通過在原有工藝條件確定換熱面積，冷凝器可分為水冷式，空氣冷卻式和蒸發(fā)式三種，而所采用的為水冷式。假設(shè)熱損失可忽略，則

82、由能量守恒可得放熱量與流體吸熱量數(shù)值相等。設(shè)進口水溫為293K，出口水溫323K，溫度變化Δt=30K。</p><p><b>　　熱負(fù)荷Q為： </b></p><p><b>　　(5-9)</b></p><p>　　式中 -流體的平均比熱容kJ/(kg·℃)；</p><p&

83、gt;　　t－冷流體的溫度，℃。</p><p>　　kJ/(kg·℃) </p><p><b>　　冷卻水用量：</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)的熱流體為反應(yīng)過后的混合液，冷流體為水，為了使混合液通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令混合液走殼程，水走管程。</p><p>　　管殼式換熱器的對數(shù)平

84、均溫度按逆流計算，則</p><p>　　查得，取K=470W/（m2·℃），所以</p><p><b>　　故</b></p><p>　　選用JB/T 4715-92，列管公稱直徑450mm；管心距為25mm；管程數(shù)為2；管子總根數(shù)為126個；中心排管數(shù)為12個；管程流通面積為0.0198m2；列管長度4500mm，實際換熱面積

85、43.5m2，需要1個這樣的換熱器。</p><p>　　6 生產(chǎn)中事故預(yù)防及發(fā)展建議</p><p>　　6.1 生產(chǎn)中事故預(yù)防[11]</p><p>　?。?）苯乙烯生產(chǎn)過程的物料 苯乙烯生產(chǎn)過程中涉及到的物料乙苯、苯乙烯、多乙苯、氫氣等都具有易燃、易爆、有毒、有害的特性，有些具有強腐蝕性，如氫化氫，催化劑絡(luò)合物等，因此必須慎重處理這些副產(chǎn)物。</

86、p><p>　　（2）脫氫反應(yīng)系統(tǒng)要嚴(yán)格控制反應(yīng)器入口溫度、尾氣壓縮機入口壓力、進料蒸汽，盡量減少開、停車次數(shù)，防止催化劑破碎，還要正確對反應(yīng)器、蒸汽加熱爐、尾氣壓縮機的串聯(lián)系統(tǒng)的使用，并定期校驗和記錄。對過熱爐火嘴要經(jīng)常調(diào)整火焰，不要直接接觸爐管和爐墻。反應(yīng)系統(tǒng)由正壓變?yōu)樨?fù)壓操作應(yīng)緩慢進行，防止負(fù)荷突然加大，過熱爐管驟冷損壞爐管。應(yīng)正確使用勞動用品，保護皮膚、眼睛與之正面接觸，防治吸食。</p>&l

87、t;p>　　（3）有害產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳的燃燒。應(yīng)盡可能將容器遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間或移至空曠處，再采用滅火措施。滅火劑：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土，用水滅火無效。</p><p>　?。?）苯乙烯泄漏應(yīng)急處理 迅速撤離至安全區(qū)，并進行隔離，嚴(yán)格限制出入，防止流入下水道、排洪溝而對其造成污染。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。大量泄漏：挖坑掩埋或用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。</p><p

88、>　?。?）在操作時應(yīng)注意密閉操作，加強通風(fēng)；為防止蒸氣泄漏到車間空氣中發(fā)生事故，應(yīng)提前做好車間嚴(yán)禁吸煙和各種火種；避免與氧化劑、酸類接觸；灌裝時要防止靜電積聚，搬運時要輕裝輕卸，配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。儲存應(yīng)置于陰涼、通風(fēng)條件較好的庫房，庫溫不宜超過30℃，包裝要密封，要與空氣、氧化劑、酸類隔絕，不宜大量儲存或久存。</p><p><b>　　6.2 發(fā)展建議<

89、/b></p><p>　　（（1） 規(guī)?；a(chǎn)。苯乙烯生產(chǎn)裝置難以達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量，這就要對裝置進行技術(shù)改造來提高產(chǎn)量，隨后逐步提高裝置的生產(chǎn)規(guī)模和工藝技術(shù)水平，使單套裝置的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定的年產(chǎn)量[12]。</p><p>　?。?） 開拓原料。以來源廣且污染小的乙醇代替價高的乙烯，提高經(jīng)濟上的競爭力，乙苯產(chǎn)品的質(zhì)量符合苯乙烯生產(chǎn)的要求，綜合經(jīng)濟指標(biāo)與純乙烯法苯乙烯工藝相當(dāng)。<

90、;/p><p>　　（3） 開發(fā)新技術(shù)[13]。</p><p>　?、偌妆?、甲醇制苯乙烯工藝采用甲苯與甲醇側(cè)鏈烷基化技術(shù)得到苯乙烯。</p><p>　?、诒揭蚁?環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)苯乙烯工藝可同時生產(chǎn)苯乙烯和環(huán)氧丙烷兩種有價值的化工產(chǎn)品，適合假設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置。</p><p>　　③加快以丁二烯制苯乙烯，以CO2替代水蒸氣法制苯乙烯以及乙苯

91、脫氫-選擇氧化制苯乙烯等新工藝的研究和開發(fā)步伐，盡可能地縮短與國外新技術(shù)之間的差距。</p><p>　?。?） 催化劑開發(fā)研究。</p><p>　　7 副產(chǎn)品及廢棄物處理</p><p>　　表7-1 副產(chǎn)品處理一覽表</p><p>　　表7-2 廢物處理一覽表</p><p><b>　　參考文

92、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 金秋.苯乙烯的技術(shù)進展[J].精細(xì)化工原料及中間體,2008,04:19-21+31. </p><p>　　[2] 董英.苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)及市場分析[J].煉油與化工,2013,03:44-46+64.</p><p>　　[3] 林萍.苯乙烯供需現(xiàn)狀及預(yù)測[J].化學(xué)工業(yè),2012,03:16-22.</

93、p><p>　　[4] 沈江.苯乙烯生產(chǎn)工藝節(jié)能技術(shù)的研究[J].化學(xué)世界,2010,02:98-100+104.</p><p>　　[5] Mario Cardoso,Ana Rosa Silva,Baltazar de Castro,et al.Styrene epoxidation catalysed by manganese(Ⅲ) salen complex supported on

94、 activated carbons. Applied Catalysis . 2005</p><p>　　[6] V. I. Gurman,E. A. Trushkova,A. O. Blinov. Approximate control optimization based on transformation of object model[J]. Automation and Remote Contro

95、l . 2009 (5).</p><p>　　[7] 柴誠敬,賈紹義.化工原理下冊[M].北京：高等教育出版社,2010.</p><p>　　[8] 朱自強,吳有庭.化工熱力學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009(9):191-192.</p><p>　　[9] 柴誠敬,張國亮.化工原理上冊[M].北京:高等教育出版社,2010.</p>&l

96、t;p>　　[10] 馬江權(quán),冷一欣.化工原理課程設(shè)計[M].北京:中國石化出版社,2011. </p><p>　　[11] 皇岳元,保宇.化工環(huán)境保護與安全技術(shù)概論.北京[M]：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[12] Rafael F. Cossiello,Ali Cirpan,Frank E. Karasz,Leni Akcelrud,Teresa D.Z.

97、Atvars. Electroluminescence of (styrene- co -acrylic acid) ionomer/conjugated MEH-PPV blends[J]. Synthetic Metals . 2008 (6).</p><p>　　[13] 崔康.苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)新進展及市場分析[J].乙醛醋酸化工,2013,06:24-28.</p><p>　　

98、[14] 陳聲宗.化工設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次化工設(shè)計是繼化工原理課程設(shè)計后對化工設(shè)計課程的又一次深刻的認(rèn)識和實踐，為我們以后從事化工行業(yè)的工作以及科學(xué)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。學(xué)了化工原理課已經(jīng)有一段時間了，有些內(nèi)容忘記了，但在論文設(shè)計期間又重新對化工原理這門課程進行了熟知，同時本論