年產25萬噸苯乙烯工藝設計(共52頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設計（論文）題目年產25萬噸苯乙烯工藝設計學生姓名學 號教學院系專業(yè)年級指導教師單 位輔導教師單 位完成日期2011年06月10日摘要本文設計主要以年產25萬噸苯乙烯為生產目標，針對苯乙烯和乙苯的混合物的分離。進料組成：60%；塔底產品組成98%；塔頂產品組成2%；常壓，泡點進料，篩板塔，冷卻劑與蒸汽自選合適條件。操作條件：年工作300天，每天24小時，總工作時間為24×300=7200小時；設計的基本內容和要求：（1） 完成塔設備主體部分的物料衡算、熱量衡算與主要設備設計計算；（2）畫出塔設備裝配圖；（3） 畫出帶控制點的下藝流程圖。關鍵詞：乙苯，苯乙

2、烯，物料衡算，熱量衡算，工藝設計。專心-專注-專業(yè)AbstractThis paper introduces the design mainly with annual capacity of tons of styrene as production goals, styrene and the mixture of ethyl benzene in separation. Incoming material composition: 60%; > 98% of the bottom and the products; Top product component < 2%; At

3、mospheric pressure and bubble point feeding, sieve plate tower, the coolant and steam customize suitable conditions. Operating conditions: years work 300 days, 24 hours a day, total working time for 24×300 = 7200 hours; The basic design content and requirements: (1) complete tower of material b

4、alance in the main part of the equipment is, heat balance calculations and major equipment design calculation; (2) draw tower assembly equipment; (3) draw with the control points under the flow chart of art. Keywords: ethyl benzene, styrene, material calculation, heat balance calculations, process d

5、esign.目錄1 緒論苯乙烯(SM)是一種重要的基本有機化工原料，主要用于生產聚苯乙烯(PS)樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物樹脂(SAN)、丁苯橡膠(SBR)和丁苯膠SL(SBR膠乳)、離子交換樹脂、不飽和聚酯以及苯乙烯系熱塑性彈性體(如SBS)等。此外，還可用于制藥、染料、農藥以及選礦等行業(yè)，用途十分廣泛1,2。1.1 乙苯的性質與用途（1）乙苯的主要性質 乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不溶于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃度為100PPM。乙苯側鏈易被氧化，氧化產物隨氧化劑的強弱及反應條件的

6、不同而異。在強氧化劑（如高錳酸鉀）或催化劑作用下，用空氣或氧氣氧化，生成苯甲酸；若用緩和氧化劑或溫和的反應條件氧化，則生成苯乙酮3,5。 乙苯的其它性質如下表1-1所示：表1-1 乙苯的基本性質序號常數名稱計量單位常數值備注1分子量106.1672液體比重0.88203沸點136.2Pa4熔點-94.4Pa5液體熱容量kJ/（kg K）1.754298.15K6蒸汽熱容量Kcal/（kg K）0.285277蒸發(fā)熱kJ /mol35.59正常沸點下8液體粘度104kgSee/M20.679209生成熱Kcal/mol2.982010燃燒熱Kcal/mol1101.1氣體11閃點1512自然點5

7、53.013爆炸范圍%(體積)2.37.4（2）乙苯的主要用途 乙苯是一個重要的中間體，主要用來生產苯乙烯，其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同時它又是制藥工業(yè)的主要原料。 1.2 苯乙烯精餾操作條件(1)操作壓力本精餾設計的操作壓力為常壓，在工業(yè)上苯乙烯一乙苯物系的精餾，需采用減壓精餾，但是在我們設計操作中可以用常壓精餾，常壓精餾簡單而方便。(2)進料方式本設計采用泡點進料，這是為了精餾塔本身的操作方便，可以不受外界干擾，便于操作，進料狀態(tài)在設計中是一個很重要的參數。它直接影響了進料方程，而且也影響全塔的熱量衡算，所以對它的確定十分重要。(3) 塔釜加熱方式選擇采用

8、列管式換熱器作為再沸器進行間接加熱，加熱介質多采用水蒸氣，因為真空安全并且易于調節(jié)。(4)塔頂冷凝方式選擇采用列管式換熱器作為全凝器進行冷凝，冷卻介質為冷卻水，但是在操作條件及流程安排中，從經濟上的合理性來考慮，本設計流程中原料溫度較低，塔頂蒸汽溫度較高，則可以考慮用塔頂蒸汽加熱原料，因而可以省去水蒸汽和冷卻水。1.3 各種苯乙烯的生產工藝及比較目前苯乙烯主要由乙苯轉化而成，可通過如下四條工藝路線進行。 (1)苯乙酮法 較早采用苯乙酮法生產苯乙烯，其步驟主要分為氧化、還原和脫水三步，方程式如下： 該法苯乙烯產率為7580%，略低于乙苯脫氫法的產率，但中間副產物苯乙酮產值較高，苯乙烯的精制分離較

9、容易。故此法在國外仍有采用。 (2)乙苯和丙烯共氧化法 本法首先在堿性催化劑作用下，使乙苯液相氧化成過氧化氫乙苯，然后與丙烯進行環(huán)氧化反應生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物則變?yōu)楸揭掖?，再經脫水得到苯乙烯，即?本過程以乙苯計的苯乙烯產率約為65%，低于乙苯脫氫法的產率。但它還能生產重要的有機化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價值，故目前國外也有采用此法生產的。 (3)乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫法是目前尚處于研究階段生產苯乙烯的方法。在催化劑和過熱蒸汽的存在下進行氧化脫氫反應的，即： 此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以利用氧化反應放出的熱量產生蒸汽，反應溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類

10、較多，如氧化鎘，氧化鍺，鎢、鉻、鈮、鉀、鋰等混合氧化物，鉬酸銨、硫化鉬及載在氧化鎂上的鈷、鉬等。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進一步研究開發(fā)。 (4)乙苯催化脫氫法 這是目前生產苯乙烯的主要方法，目前世界上大約90%的苯乙烯采用該方法生產。它以乙苯為原料，在催化劑的作用下脫氫生成苯乙烯和氫氣。反應方程式如下： 同時還有副反應發(fā)生，如裂解反應和加氫裂解反應： 高溫裂解生碳： 在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉化反應： 此外還有高分子化合物的聚合反應，如聚苯乙烯、對稱二苯乙烯的衍生物等。1.4 世界苯乙烯的生產與發(fā)展 1.4.1 生產情況由于聚苯乙烯和ABS樹脂等苯乙烯下游產品

11、消費的強勁增長，近年來世界苯乙烯的生產發(fā)展很快4。1999年世界苯乙烯的生產能力為2169.8萬t，2001年達到2359.8萬t，2002年進一步增力到2388.3萬t，2003年全球苯乙烯的總生產能力約為2463.1萬t，產量約為2300.0萬t，其中北美南美地區(qū)的生產能力為742.7萬ta，約占世界苯乙烯總生產能力的30.2；歐洲地區(qū)的生產能力為640.1萬ta，約占世界總生產能力的26.0；中東地區(qū)的生產能力為119.5萬ta，約占世界總生產能力的4.9；亞洲地區(qū)的生產能力為960.8萬t，約占世界總生產能力的39.0。今后幾年，隨著中國和沙特阿拉伯等一大批新苯乙烯生產裝置的建成投產，

12、預計到2006年世界苯乙烯的總生產能力將達到約3000萬ta。2003年國外苯乙烯主要生產廠家情況見表1-2。表1-2 2003年國外苯乙烯主要生產廠家情況生產廠家生產能力(萬噸年)美國BP公司美國雪佛龍菲利普斯公司美國CosMar公司美國陶氏化學公司美國Lynden化學公司美國Nova化學公司美國Sterling化學公司美國Westlake苯乙烯公司加拿大Nova化學公司加拿大殼牌公司墨西哥Premix公司巴西In nova公司比利時巴斯夫公司45.486.390.868.1 127.159.977.218.243.043.015.025.050.01.4.2 發(fā)展前景世界苯乙烯主要用于生產

13、聚苯乙烯、ABSSAN樹脂、SBRSBR膠乳、不飽和聚酯5樹脂以及熱塑性彈性體等，2003年的消費結構為：54用于生產聚苯乙烯、12用于生產發(fā)泡聚苯乙烯、16用于生產ABSSAN樹脂、9用于生產SBR橡膠及膠乳、5用于生產不飽和聚酯，4用于生產其它產品。近年來世界苯乙烯消費現狀及需求預測情況見表1-3。表1-3 近年來世界苯乙烯消費現狀及需求預測情況地區(qū)名稱消費量/萬t2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年北美/南美歐洲中東亞洲582.4 540.2 569.6 600.1 620.1 635.7 654.1561.2 530.3 556.3 564

14、.2 583.1 605.2 623.734.8 35.1 36.8 37.4 38.3 39.4 40.3920.8 955.3 1028.2 1064.2 1109.1 1160.6 1218.71.5 我國苯乙烯的發(fā)展前景與現狀1.5.1 生產現狀我國苯乙烯的工業(yè)生產始于20世紀50年代中期，自蘭州石油化工公司合成橡膠廠采用傳統(tǒng)的三氯化鋁液相烷基化工藝，建成一套5000ta苯乙烯生產裝置以來，我國苯乙烯的生產得到了飛速發(fā)展69。2003年我國苯乙烯的生產廠家有12家，總生產能力達到105萬t，其中有8套為引進生產裝置，生產能力合計為729萬ta，約占國內苯乙烯總生產能力的694。揚子巴斯

15、夫苯乙烯系列有限公司的145萬ta裝置是目前國內最大的苯乙烯生產裝置，生產能力約占國內苯乙烯總生產能力的138；其次是吉林石化公司，生產能力為14.0萬t，約占國內總生產能力的133。隨著我國苯乙烯生產能力的不斷增加，產量也不斷增加。1995年我國苯乙烯的產量只有2558萬t，1998年增加到56.30萬t，2000年增加到7638萬t，19952000年產量的年均增長率達到24.5。2002年我國苯乙烯的產量進一步增加到89.56萬t，比2001年增長13.8，19972002年產量的年均增長率為18.5。2003年我國苯乙烯產量達到94.82萬t，比2002年增長5.87，其中中國石化集團

16、公司的產量為45.20萬t，約占總產量的47.67；中國石油天然氣集團公司的產量為37.89萬t，約占總產量的3996。中國石油吉林石化公司的產量最大，達到15.98萬t，約占我國苯乙烯總產量的16.85，位居全國第一；其次是揚予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，產量達到12.34萬t，約占國內總產量的13.01；再次是中石化茂名石化公司，產量到10.40萬t，約占國內總產量的1097。1.5.2 發(fā)展前景我國苯乙烯主要用于生產聚苯乙烯、ABS樹脂、AS樹脂、不飽和聚酯樹脂、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等。2003年我國苯乙烯的消費結構為：54.1用于生產聚苯乙烯；16.4用于生產ABS

17、SAN樹脂；3.1用于生產丁苯橡膠丁苯膠乳；6.9用于生產不飽和聚酯樹脂；2.8用于生產苯乙烯系熱塑性彈性體；16.7用于生產農藥、醫(yī)藥和離子交換樹脂等其它產品11。2 苯乙烯主要生產工藝說明2.1 產品及原料性能2.1.1 苯乙烯 (1)生產規(guī)模本裝置以苯和乙烯為原料，通過液相烷基化反應生產乙苯，然后，乙苯直接催化脫氫生產苯乙烯生產規(guī)模：年產苯乙烯25萬噸(2)苯乙烯產品化學名稱：苯乙烯別名：乙烯基苯分子式：C6H5C2H3分子量：104.15 (3)物理，化學性質a物理性質外觀：無色透明芳香性液體沸點：145.15(0.1013MPa)凝固點：-30-63(0.103MPa)閃點：31自燃

18、點(ASTM法)：在空氣中490，在氧氣中450臨界溫度：374臨界壓力：3.94MPa液體比重：0.9060黏度：0.73 (25)熱容：0.1695KJmol比熱：0.00174KJg.(25)燃燒熱：42.1595KJg折光指數：1.5469與空氣混合的爆炸極限：1.1-6.190(v)聚合熱：6972.2KJmol(25)熔解熱：0.1062KJg汽化潛熱：3703MJmol溶于乙醇和乙醛，不溶與水b化學性質：還原反應：部分還原：完全還原：氧化反應：加成反應： (4)用途苯乙烯是重要的有機化工原料苯乙烯聚合生產通用級聚苯乙烯(GPPS)，經處理能生成高抗沖聚苯乙烯(HIPS)與丁二烯，

19、丙烯睛三聚生成ABS；與丙烯睛共聚聲稱SAN，與丁二烯共聚生成丁苯橡膠(SBR)。其次在紡織，印染，涂料，農藥和醫(yī)藥等方面也有廣泛的用途13。苯乙烯系列樹脂的產量在世界三大合成材料的產量中排名第三，僅次于聚乙烯，聚氯乙烯樹脂。因此隨著對苯乙烯系列樹脂需求量的日益增加，苯乙烯應用將會更加廣泛10。2.1.2 乙苯分子量：106.17分子式：C6H5C2H5(1)物理性質：比重：0.882()閃點：15(蒸汽)臨界溫度：364.1液體熱容量：0.395kcalkg蒸發(fā)潛熱：857kcalkg液體黏度：1041mPa.S燃燒熱：101kcal/克分子爆炸范圍：(體積)1.0-6.7沸點：136.21

20、mPa.S760mrnHg凝固點：-94.41 4C760mmHg臨界壓力：38.1atm(絕壓)蒸汽熱容量：0.285kcalkg蒸汽壓力：7.5mmhg(20)在水中的溶解度：0.01%(1 5)自燃點：553廠房允許濃度：<005mgl(2) 化學性質1)脫氫：2)烴化：3)用途：作為苯乙烯的原料(含水<900ppm)外觀：透明 介質酸堿性：中型比重：0.875-088(20) 揮發(fā)度：無殘渣沸程：79-80.6 凝固點：5.42.1.3 二乙苯外觀：無色透明液體，無機械染質初沸點：>=175 終沸點：<=185分子量：134.282餾出物體積：>=95 低

21、沸物含量：<=3高沸物含量：<=2 二乙苯含量：<=992.1.4 三乙苯含二乙苯：<=13.73，含三乙苯：>=86.17，焦油：痕量其中苯含量：29.3，甲苯：78.3，乙苯：0.42.1.5 烴化液外觀：淺褐色液體 含苯：55-60含乙苯：>=40；含二乙苯：<=10(wt)；含多乙苯：<=22.1.6 輔料 (1)無水氯化鋁：外觀：白色或淺黃色粉末；氯化鋁>=985氧化鐵：<=0.1；水中石容物：<一O1；顆粒度：<5mm(2)對叔丁基鄰苯二酚(TBC)外觀：白色或淺褐色粉末；凝點：50；灰粉：025(wt)Ca和

22、：<=5ppm組成：對-TBC：>=95；鄰-TBC：<=2；3.5-TBC：<=3對叔丁基苯酚：<=0.7；其他：<=0.5(wt)(3)T-315觸媒(蘭化企業(yè)標準)直徑：3.5mm；長度：20mm；主要成分：氧化鐵：堆密度：1.03-1.1kgl；分解收率：>88轉化率：>46；苯乙烯收率：>49(4)苛性鈉含量：20； NaC03含量：<1(wt)含量：2(wt)；FeC03含量：<0.03(wt)(5)消泡劑：NaC071-D5顏色：暗稻草色；嗅味：微芳香味；比重：862.56kgcm3黏度：13.8厘泊(26.67)

23、；閃點：12668固化點：7.2，對金屬腐蝕但應避免與天然橡膠接觸，有毒，貯藏溫度21為宜。(6)阻聚劑：D劑含量：>=95；：<=0.5；H20：<03熔點：109-111(7)GS-01催化劑形狀：圓柱型：顆粒度：直徑3.0-3.8mm；長度6-10mm；堆密度：1.3±O.05kgdm3；反應溫度：500-600水：乙苯=1.5：1(wt)；乙苯液態(tài)空速：0.61.0h-1(v)乙苯轉化率：40-47苯乙烯選擇性：94-96(8)M劑：外觀：棕褐色，粒狀；純度：>=90(wt)含水：<=1(wt)；灰粉<=1(wt)；熔點：>=l 80

24、熱敏性物質，低于50存放；使用溫度：<=120分子量：137烷基化(催化劑為氯化鋁)乙苯脫氫：(催化劑為XH-D2或GS-01)2.2 苯乙烯生產原理本裝置采用液相烷基化(烴化)法制取乙苯，然后乙苯催化脫氫生產苯乙烯。液相烷基化法，制取乙苯，是以苯和乙烯為原料，并以無水三氯化鋁和二乙苯或三乙苯配置成的絡合物(復合體)為催化劑，在烴化反應器內進行液相烷基化反應，其產物烴化液(粗乙苯)，采用精餾的方法，從烴化液中分離出來乙苯14,15。乙苯脫氫生產苯乙烯是裂解吸熱，體積增加的反應，此反應采用水蒸氣為稀釋劑，降低乙苯分壓使反應向生成苯乙烯的方向進行，乙苯與水蒸氣混合加熱，在脫氫催化劑作用下，乙

25、苯高溫脫氫制取乙烯，并減壓精餾精制產品苯乙烯。2.2.1 烷基化反應（烴化）主反應：副反應：烷基化反應：水解反應：中和反應：2.2.2 乙苯脫氫反應主反應：副反應：2.3 苯乙烯生產流程評述2.3.1 烴化工段來自中間倉庫的干苯和來自乙烯車間的乙烯和苯以0.4-0.5：1的配比，從塔底送入反應器。同時，將配好的催化劑溶液經復合體加料泵加入反應器，在此反應器內進行烷基化反應。反應產物自烴化反應器上部各自流至冷卻器，冷卻65后進行烴化液沉降槽沉降分離，分離出的A1Cl3絡合物自槽底部返回烴化反應器底部，上層烴化液自流至水解塔。沒反應的乙烯氣體和苯蒸汽等從烴化反應器頂部出來經冷卻器用循環(huán)水使大部分蒸

26、汽冷凝后進入尾氣吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和HCI氣后，未凝氣放空，二乙苯吸收液反烴化，烴化液自上部直接流至中間倉庫烴化液罐中16,17。2.3.2 乙苯精餾工段 (1) 干燥苯塔來自中間倉庫原料苯罐經原料泵送來的含水900ppm的原料苯，進入回流罐油相區(qū)；來自循環(huán)苯塔的含水量2500ppm的循環(huán)苯，與苯干燥塔頂蒸出的經過冷凝的苯冷卻后進入回流罐分相區(qū)塔頂氣相溫度81經預熱器與進料換熱器后，進入冷凝器用循環(huán)水冷凝，冷凝后循環(huán)苯塔回流泵送來的循環(huán)苯一起進入冷卻器用循環(huán)水冷卻器用循環(huán)水冷卻后進入回流罐分層區(qū)，上層脫水苯溢流至油相區(qū)，下層水相從集水包間斷排入11號管線塔釜為干燥苯，采出送至中間倉庫

27、干燥苯罐18,19。(2) 循環(huán)苯塔來自中間倉庫的烴化液進入循環(huán)苯塔加料區(qū)，塔頂氣相餾分冷凝回流后冷卻進入苯干燥塔回流罐分層區(qū)。塔釜液(主要是乙苯和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。(3) 精乙苯塔由循環(huán)苯塔釜液泵送出的釜液，進入精乙苯塔加料層，塔頂氣相餾分乙苯經冷凝回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。(4) 二乙苯塔來自精乙苯塔釜液的料液根據不同組成進入二乙苯塔不同進料板塔頂得N-乙苯，塔釜得到多乙苯。2.3.3 乙苯脫氫來自中間倉庫乙苯泵送來的乙苯與管網來的蒸汽進入乙苯蒸發(fā)器，乙苯與蒸汽量比為1：1.4，經過過熱器殼程與脫氫反應器出來的650煙氣過熱至580后，配料氣進入脫氫反應器進行脫氫反

28、應反應產物經空冷，水冷，鹽冷后進入沉降槽，分離后加入阻聚劑阻止聚合，然后進入粗苯乙烯塔20,21。2.3.4 苯乙烯精餾工段 (1) 粗苯乙烯塔爐油自中間倉庫送來，進入粗苯乙烯塔由再沸器加熱精餾，塔頂產物苯，甲苯，乙苯輕組分進入循環(huán)乙苯塔的底部產物苯乙烯和苯乙烯焦油。(2) 精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料為粗苯乙烯塔經過冷卻后的釜液，由再沸器加熱進行精餾。塔頂產品苯乙烯，純度99.6(重量)，塔釜苯乙烯焦油(三廢之一)。(3) 循環(huán)乙苯塔粗笨乙烯塔塔頂餾分由回流泵送出，經循環(huán)乙苯塔進料預熱器，用循環(huán)乙苯塔釜液進行預熱后，進入循環(huán)乙苯塔，由再沸器用1.6MPa蒸汽加熱精餾，塔頂苯，甲苯餾分，送至中間倉

29、庫苯，甲苯罐。塔釜即循環(huán)乙苯，進入循環(huán)乙苯塔冷卻器，送到中間倉庫循環(huán)乙苯罐22。3 工藝計算3.1 物料衡算3.1.1 原始數據各種物質基本原始數據見表3-123。表3-1 原始數據表基本量分子量 常壓沸點 K(xi)wt A B C苯甲苯乙苯二乙苯三乙苯焦油乙烯78.11 53.3 61.33 l5.9008 2788.51 -52.3692.14 383.8 0.21 16.0137 3096.52 -53.67106.17 409.3 29.99 16.0193 3279.47 -59.95134.26 456.9 7.15 16.114 3657.22 -71.18162.26 0.9

30、7189.33 0.3528.17方程式： 操作條件：設年工作300天，每天24小時，總工作時間為24×300=7200小時，生產能力為：25萬噸每年；進料組成：60%；塔底產品組成98%；塔頂產品組成2%。常壓、泡點進料，篩板塔、冷卻劑與蒸汽自選合適條件。3.1.2 精餾塔的物料衡算 乙苯的摩爾質量MA=106.17kg/kmol 苯乙烯的摩爾質量MA=104.15kg/kmol（1） 原料液、塔頂及塔底產品的摩爾分率XF、XD、XW分別計算結果如下。（2） 原料液、塔頂及塔底產品的平均摩爾質量MF、MD、MW分別計算結果如下。 （3） 物料衡算根據無量守恒可知：F=D+W。式中，

31、F為進料質量（）；D為塔頂出料量（）；W為塔釜出料量（）。又已知，則當產量，開工時間為。通過計算得：3.2 理論塔板數求解3.2.1 進料泡點溫度由試差法確定利用安托尼公式式中，Ps為飽和蒸汽壓（Pa）；A、B、C為安托尼常數；T為溫度，0C。假設T=414K=1410C，代入公式 得PA=888.1mmHg；PB=679.88mmHg；由，得；把代入公式，符合要求，所以進點泡料溫度T=414K=1410C。同理，得塔頂溫度T=408.5K；PA=763.9mmHg；PB=600.28mmHg。同理，得塔釜溫度T=418K；PA=981.92mmHg；PB=774.95mmHg。3.2.2 最

32、小回流比及操作回流比計算 把乙苯-苯乙烯視為理想溶液。原料液、塔頂及塔底產品的揮發(fā)度 分別計算結果如下。 平均相對揮發(fā)度因泡點進料，故進料方程q=1。最小回流比實際回流比3.2.3 求精餾塔的氣液相負荷 上述式中分別為精餾段、提溜段上升蒸汽流量；分別為精餾段、提溜段下降液體的量。3.2.4 求操作線方程精餾段：提溜段：3.2.5 圖解法求理論板數采用圖解法求理論板數，如圖3-1所示求解結果為：N=52；進料板位置NF=31。圖3-1 理論塔板層數圖3.2.6 全塔效率求解根據公式，式中A、B、C、D、E均為系數，求得在塔頂、塔底溫度下的粘度如下表3-2。表3-2 塔底溫度下的產品粘度產品名稱粘

33、度/cp塔頂/408.5K塔頂/418K乙苯0.240.2苯乙烯0.2420.227式中，分別為混合液體在塔頂、塔底粘度及平均粘度。由此得全塔效率。3.2.7 實際塔板數求取精餾段得實際塔板層數N精=塊；提溜段實際探班層數塊。3.3 精餾塔工藝條件及有關物性數據計算3.3.1 以精餾段為例進行操作壓力的計算由塔頂操作壓力PD=101.3kpa，取每層塔板壓降，得進料板壓力；精餾段平均壓力。依據操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中乙苯-苯乙烯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算的塔頂溫度；進料板溫度 ；精餾段平均溫度。3.3.2 平均摩爾質量的計算（1）塔頂平均摩爾質量計算由得以下結

34、果。（2）進料板平均摩爾計算由圖解理論版得，查平衡曲線得。（3）精餾段的平均摩爾質量3.3.3 平均密度的計算（1）氣相平均密度計算由理想氣態(tài)方程計算，即；（2）液態(tài)平均密度計算液相平均密度依下式計算，即；由，查手冊得：；，計算塔頂液相平均密度，結果如下：由，查手冊得；。計算進料板液相的質量分率，結果如下。則進料板得平均密度計算如下。由以上計算結果，得精餾段液相平均密度為。3.3.4 液相平均表面張力計算液相平均表面張力依下式計算。即：。由，查手冊得：；，得塔頂液相平均表面張力。由，查手冊得；。得進料板液相平均表面張力：，由以上計算結果得精餾段液相平均表面張力：。3.3.5 液體平均粘度計算液

35、相平均粘度依下式計算，即：由，得；，解出塔頂液相平均粘度。由，得；，解出進料板液相平均粘度。以由上結果得精餾段液相平均粘度。3.4 精餾塔塔體工藝尺寸的計算3.4.1 塔徑的計算精餾段的氣液相體積流率如下。由式中C由下式計算，其中C20由下圖3-2 史密斯關聯圖查取，圖的橫坐標為： 取板間距HT=0.5m，板上液層高度，則查史密斯關聯圖得：C20=0.085圖3-2 史密斯關聯圖得 取安全系數為0.7，則空塔系數為：塔徑按標準塔徑元整后，塔徑塔截面積實際空塔氣速。3.4.2 精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度提餾段有效高度在進料板上開一人孔，其高度為0.8m進料板有效高度第一塊板上空間高度1.

36、3m，最后一塊高度為1.5m，塔座高度h=2.5m。，。由以上計算結果，可得精餾塔的有效高度：3.5 塔板主要工藝尺寸的計算3.5.1 溢流裝置的計算（1）堰長?。?）溢流液高度選用平直堰，堰上液層高度由式費蘭西斯公式計算，即：近似取E=1，則取板上清液層高度，得。（3）弓形降液管寬度Wd和截面積。由查下圖3-3弓形降液管的參數圖，得，故：依下式驗算液體在降液管中停留時間：故降液管設計合理。圖3-3 弓形降液管參數圖（4） 降液管底隙高度 取 特殊情況，則應取，選用凹形受液盤。3.5.2 塔板布置 因D=6300mm，塔板采用分塊式，查塔板溢流類型表得塔板分12為塊。塔徑/mm80012001

37、40016001800200022002400塔板分塊數3456 邊緣區(qū)寬度取。（1） 開孔區(qū)面積計算（2） 篩孔計算及其排列本例所處理的物系有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角行排列，取孔中心距，則篩孔數目個。 開孔率開孔面積氣體通過閥孔的氣速。3.6 篩板的流體學驗算3.6.1 塔板壓降（1）干板阻力計算 由，查圖3-4干篩孔的流量系數圖得，得 圖3-4 干篩孔的流量系數（2）氣體通過液層得阻力計算 查圖3-5充氣系數關聯圖得故液柱。圖3-5 充氣系數關聯圖 （3）液體表面張力所產生的阻力計算 氣體通過每層塔板的液柱高度 氣體通過每層塔板壓降 3.6.2 液面落差 對于篩板塔液

38、面落差很小。且本例的塔徑液流量均不大，故可不考慮液面落差的影響。3.6.3 液沫夾帶液沫夾帶量計算如下。故本設計中液沫夾帶量在允許范圍內。3.6.4 漏液對篩板塔漏液點氣速實際孔速穩(wěn)定系數故在本設計負荷下不會產生過量漏液。3.6.5 液泛為防止塔內降液管發(fā)生液乏，降液管內液層高應服從下式的關系，即：乙苯-苯乙烯物系屬一般物系，取，則。板上不設進口堰，則液柱。由上述計算可知：，因此本設計不會發(fā)生液乏現象。3.7 塔板負荷性能圖3.7.1 漏液線依式通過整理數據，可知在操作范圍內，任取幾個值，以上式計算值，見表3-3。表3-3 精餾段漏液線數據表0.02 0.04 0.06 0.0812.09 1

39、2.78 13.33 13.81由上表數據即可作出漏液線1。3.7.2 液沫夾帶線以為限。求關系如下：依式： 在操作范圍內，任取幾個值以上式計算值，結果見表3-4。表3-4 精餾段液沫夾帶線數據表0.02 0.04 0.06 0.0859.92 54.82 50.54 46.72 由上表數據即可作出液沫夾帶線2。3.7.3 液相負荷下限對于平直堰，取堰上層高度最為最小液體負荷標準由式得：根據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線了。3.7.4 液相負荷上限以作為液體在降液管中停留時間的下限。由式得：根據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線。3.7.5 液泛線 依式：通過整理數據可知：

40、在操作范圍內，任取幾個值以上式計算值，結果見表3-5。表3-5 精餾段液泛線數據表0.02 0.04 0.06 0.0844.14 41.48 38.98 36.46由以上數據表可作出液泛線5。綜合以上數據，可作出塔板的年負荷性能圖見下圖3-6。圖3-6 精餾段塔板的年負荷性能圖在負荷性能圖上，作出操作點A，鏈接OA，即作出操作線。又從圖中可以看出，該篩板得操作上限為液乏控制，下限為漏液控制。故操作彈性為所設計篩板的主要結果匯總見下表3-6。表3-6 精餾段所設計篩板的主要結果序號項目數值12345678910111213141516171819202122232425262728293031

41、32平均溫度平均壓力氣相流量m3/s液相流量m3/s實際塔板數有效段高度m塔徑m板間距m溢流形式降液管堰長m板上液層高度m堰上液層高度m堰高m降液管底隙高度m安定區(qū)寬度m邊緣區(qū)寬度m開孔面積m2篩孔數目篩孔直徑m孔中心距m開孔率%空塔氣速m/s篩孔氣速m/s穩(wěn)定系數每層塔板壓降p負荷上限負荷下限液沫夾帶（kg/kg）（液/氣）氣相負荷上限氣相負荷下限操作彈性139.65118.92524.380.10347236.30.5雙溢流弓形3.780.10.060.040.1090.070.0325.7652900.0250.07510.10.8419.37691.71706.798液乏控制漏液控制0

42、.0092427.7514.51.9143.8 提餾段工藝條件及有關物性數據的計算提餾段與精餾段工藝條件、相關的物性數據以及計算原理是相同的，可以得到如下結果（具體計算過程不再敘述）。3.8.1 漏液線 在操作范圍內，任取幾個值以上式計算值，結果見表3-7。表3-7 提餾段漏液線數據表 0.02 0.04 0.06 0.089.30 9.822 10.24 10.60由上表數據即可作出漏液線1。3.8.2 液沫夾帶線 在操作范圍內，任取幾個值以上式計算值，結果見表3-8。表3-8 提餾段液沫夾帶線數據表0.02 0.04 0.06 0.0860.59 56.18 52.48 49.18由上表數

43、據即可作出液沫夾帶線2。3.8.3 液相負荷下限 對于平直堰，取堰上層高度最為最小液體負荷標準由式得：根據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線了。3.8.4 液相負荷上限以作為液體在降液管中停留時間的下限。由式得：根據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線。3.8.5 液泛線，在操作范圍內，任取幾個值以上式計算值，結果見表3-9。表3-9 提餾段液泛線數據表0.02 0.04 0.06 0.0831.47 29.80 28.26 26.75 由上表數據即可作出液泛線5。 根據以上各線方程，作出塔板的年負荷性能圖見圖3-7。圖3-7 提餾段塔板的年負荷性能圖在負荷性能圖上，作出操作點A

44、，鏈接OA，即作出操作線。又從圖中可以看出，該篩板得操作上限為液乏控制，下限為漏液控制。故操作彈性為所設計篩板的主要結果匯總見下表3-10。表3-10 提餾段所設計篩板的主要結果序號項目數值1234567891011121314151617181920212223242526272829303132平均溫度0C平均壓力氣相流量m3/s液相流量m3/s實際塔板數有效段高度m塔徑m板間距m溢流形式降液管堰長m板上液層高度m堰上液層高度m堰高m降液管底隙高度m安定區(qū)寬度m邊緣區(qū)寬度m開孔面積m2篩孔數目篩孔直徑m孔中心距m開孔率%空塔氣速m/s篩孔氣速m/s穩(wěn)定系數每層塔板壓降p負荷上限負荷下限液沫夾帶（kg/kg）（液/氣）氣相負荷上限氣相負荷下限操作彈性143130.92521.440.11543215.56.10.5雙溢流弓形3.660.10.060.040.1220.070.0318.3237620.0250.07510.19.84111.571.021702.653液乏控制漏液控制0.025520.2610.681.8973.9 輔助設備3.9.1 原料管查表選管3.9.2 進料泵 根據伯努力方程 選取原料罐液面