乙苯制苯乙烯

南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工過程與工藝設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)題目乙苯脫氫制苯乙烯裝置工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名吳美妍班級(jí)、學(xué)號(hào)化工100704指導(dǎo)教師姓名林陵設(shè)計(jì)時(shí)間2013年6月27日-2013年7月12日課程設(shè)計(jì)成績(jī)：設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量，70%獨(dú)立工作能力、綜合能力及設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)，20%設(shè)計(jì)答辯及回答問題情況，10%設(shè)計(jì)最終成績(jī)（百分制轉(zhuǎn)換為五級(jí)分制）指導(dǎo)教師簽字第一部分設(shè)計(jì)說明書第二部分設(shè)計(jì)計(jì)算書第三部分附錄附錄4PFD圖附錄5PID圖附錄5平面布置圖附錄6立面布置圖（可選）第一部分設(shè)計(jì)說明書前言苯乙烯是一種重要的石油化工基本原料，是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、環(huán)氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生產(chǎn)品。其主要用于生產(chǎn)和制備聚苯乙烯(PS)、丁苯橡膠(SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)樹脂、苯乙烯—順丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)樹脂和不飽和聚酯等，并廣泛用在電子、汽車、建筑、包裝、日用輕工等領(lǐng)域中。在世界上，苯乙烯的主要生產(chǎn)方法為乙苯脫氫法、乙苯共氧化法、甲苯為原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脫氫法等。其中，工業(yè)化的生產(chǎn)方法為乙苯催化脫氫法和乙苯共氧化法，兩種方法所生產(chǎn)的苯乙烯分別占苯乙烯總產(chǎn)量的85%和15%。目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)苯乙烯的主要方法是乙苯脫氫法，它又包括Lummus/UOP乙苯脫氫工藝、Fina/Badger乙苯脫氫工藝和乙苯脫氫選擇性氧化工藝（Smart工藝）3種工藝?；ち鞒棠M(過程模擬)技術(shù)是以工藝過程的機(jī)理模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)方法來描述化工過程，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算手段，進(jìn)行過程物料衡算、熱量衡算、設(shè)備尺寸估算和能量分析并做出環(huán)境和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的一門新興技術(shù)。它是化學(xué)工程、化工熱力學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等學(xué)科相互結(jié)合的產(chǎn)物，在近幾十年中發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于化工過程的設(shè)計(jì)、測(cè)試、優(yōu)化和過程的整合領(lǐng)域。AspenPlus是一個(gè)生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)。AspenPlus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，源于美國(guó)能源部七十年代后期在麻省理工學(xué)院（MIT）組織的會(huì)戰(zhàn)，開發(fā)新型第三代流程模擬軟件。該項(xiàng)目被命名為“過程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”（AdvancedSystemforProcessEngineering，簡(jiǎn)稱ASPEN），并于1981年底完成。1982年為了將其商品化，成立了AspenTech公司，并稱之為AspenPlus。該軟件經(jīng)過20多年來不斷地改進(jìn)、擴(kuò)充和提高，已先后推出了十多個(gè)版本，成為舉世公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)大型流程模擬軟件，應(yīng)用案例數(shù)以百萬計(jì)。第一章概述生產(chǎn)方法苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法有：①烯和苯烷基化生成乙苯，乙苯經(jīng)催化脫氫制苯乙烯；②乙苯氧化生成生成乙苯過氧化氫，然后與丙烯反應(yīng)生成α—甲基苯甲醇和環(huán)氧丙烷，α—甲基苯甲醇脫水生成苯乙烯；目前，乙苯催化脫氫法制苯乙烯約占世界苯乙烯總產(chǎn)量的90%；乙苯過氧化氫法是70年代后越來越多采用的新工藝，其優(yōu)點(diǎn)是聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧丙烷。本設(shè)計(jì)計(jì)算采用乙苯脫氫法生產(chǎn)工藝。工藝流程生產(chǎn)流程示意如下：圖1-2乙苯脫氫制苯乙烯流程圖乙苯脫氫生產(chǎn)方法乙苯催化脫氫采用氧化鐵（Fe2O3）作為催化劑，這種催化劑一般含有Cr2O3,并以KOH或K2O3為助催化劑，脫氫反應(yīng)溫度600℃左右。巴斯夫法（等溫過程）催化劑裝在列管式反應(yīng)器中，由外部可燃?xì)怏w為反應(yīng)器供熱；絕熱反應(yīng)過程則直接加入過熱水蒸汽于反應(yīng)器中，為脫氫反應(yīng)提供所需的熱量。為了減少副反應(yīng)，用摻入水蒸汽的方法來降低乙苯分壓，以增加乙苯轉(zhuǎn)化率。副產(chǎn)物是甲苯、苯和少量的焦油狀物等，為了防止苯乙烯聚合，在反應(yīng)產(chǎn)物中加入少量阻聚劑。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精餾分離出輕組分得到苯乙烯產(chǎn)品，未轉(zhuǎn)化的乙苯循環(huán)回反應(yīng)繼續(xù)反應(yīng)。第二章原料與產(chǎn)品性質(zhì)原料化學(xué)名稱：乙苯序號(hào)常數(shù)名稱分子量液體比重沸點(diǎn)計(jì)量單位常數(shù)值備注1234567℃℃101325Pa101325Pa熔點(diǎn)液體熱容量蒸汽熱容量蒸發(fā)熱kJ/（kgK）Kcal/（kgK）kJ/mol27℃正常沸點(diǎn)下8液體粘度104kgSee/M2Kcal/molKcal/mol℃20℃9生成熱燃燒熱閃點(diǎn)自然點(diǎn)爆炸范圍20℃10111213氣體15℃%(體積)～主要性質(zhì)：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(duì)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(cè)鏈易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強(qiáng)弱劑（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(yīng)條件氧化，則生成苯乙酮。產(chǎn)品化學(xué)名稱：苯乙烯規(guī)格：含量≥%沸點(diǎn)：145.2℃折光率：（25℃）英文名稱：styrol分子量：熔點(diǎn)：－30.6℃結(jié)構(gòu)式：CH=CH2主要性質(zhì)：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。苯乙烯為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于水，25℃時(shí)其溶解度為%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶劑中。苯乙烯在空氣中允許濃度為l。濃度過高、接觸時(shí)間過長(zhǎng)則對(duì)人體有一定的危害。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。苯乙烯蒸汽與空氣混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范圍為～%（體積分?jǐn)?shù)）。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。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對(duì)稱取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。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。因此，苯乙烯單體在貯存和運(yùn)輸中都必須加入阻聚劑，并注意用惰性氣體密封，不使其與空氣接觸。第三章主要設(shè)備選型生產(chǎn)苯乙烯需要的設(shè)備及其規(guī)格如表1所示：表1主要生產(chǎn)設(shè)備一覽表序號(hào)1項(xiàng)目過熱蒸汽爐脫氫反應(yīng)器氧化脫氫反應(yīng)器選用標(biāo)準(zhǔn)冷凝器氣體壓縮機(jī)油水分離機(jī)粗餾塔規(guī)格選用HS201或HS219選用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量12111111118234G273I-16-55選用標(biāo)準(zhǔn)選擇標(biāo)準(zhǔn)填料塔Z=8.8m，D=1.8m678乙苯塔9苯乙烯精餾塔甲苯與苯塔動(dòng)力泵1011IS50-32-160A注：另需配套管道閥門若干；100～150噸風(fēng)冷水塔2個(gè)，作為冷卻水循環(huán)使用裝置。第四章安全措施與勞動(dòng)保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)生產(chǎn)所用原料，中間產(chǎn)品和成品性質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)的各部分防爆、防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為甲級(jí)防火，Q-2級(jí)防爆。本生產(chǎn)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)，電氣負(fù)荷類別為二級(jí)，廠房避雷等級(jí)為二級(jí)。主要物料參數(shù)見表8-3表4-1主要介質(zhì)性質(zhì)Table4-1ofthemajormediaproperties乙烯氫氣苯甲苯乙苯苯乙烯沸點(diǎn)℃閃點(diǎn)℃自燃點(diǎn)℃爆炸范圍％無4257無453515432490（V）最大允許濃度ppm100安全管理規(guī)定和勞動(dòng)保護(hù)（1）安全規(guī)定中華人民共和國(guó)國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限制化學(xué)有害因素。苯乙烯的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度PC-TWA50mg/m3,短時(shí)間接觸容許濃度PC-SETL100mg/m3。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB14554-93惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)值是對(duì)無組織排放源的限制，1994年6月1日起立項(xiàng)的新、擴(kuò)、改建設(shè)項(xiàng)目及其建成后投產(chǎn)的企業(yè)執(zhí)行二級(jí)、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值?；どa(chǎn)中必須防燃燒防爆炸。（2）勞動(dòng)保護(hù)該項(xiàng)目生產(chǎn)屬于甲級(jí)防火，注意跑、冒、漏、滴等現(xiàn)象發(fā)生，在生產(chǎn)區(qū)內(nèi)動(dòng)火要先做好安全防護(hù)工作，酸、堿乃至強(qiáng)腐蝕物，操作時(shí)要有防護(hù)面具。苯是有毒物質(zhì)，要注意作好貯存及其污染治理工作?；どa(chǎn)中，須嚴(yán)格按照《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160-92(1999年版)和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16-87(2001年版)及《石油化工靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)范》SH3097-2000之規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照勞動(dòng)法必須給員工購(gòu)買保險(xiǎn)，以保障員工的利益。同時(shí)規(guī)定進(jìn)廠的員工必須佩帶勞保用品，如工作服,安全頭盔等。第五章三廢排放與治理方案5.1.1化工“三廢”的處理化工設(shè)計(jì)中必須依照《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)規(guī)定》HG/T20667-2005和《石油化工污水處理設(shè)計(jì)規(guī)定》SH3095-200、《石油化工噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)定》SH/T3146-2004，使排放物達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996和《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1997的規(guī)定要求。5.1.2廢氣化學(xué)工業(yè)中大氣污染物的特點(diǎn)是：有的是有毒物質(zhì)，有的是對(duì)人類有威脅的致癌物質(zhì)，有的是有強(qiáng)腐蝕性的，有的是易燃易爆氣態(tài)物。本工藝生產(chǎn)過程中主要是氫氣，可以作補(bǔ)充填料使用。5.1.3廢渣化學(xué)工業(yè)固體工業(yè)廢棄物屬工業(yè)固體廢棄物的一種，主要指硫酸燒渣、鉻渣、制堿廢渣和磷肥工業(yè)廢渣。本工藝主要是焦油，殘?jiān)?，殘?jiān)梢匝诼裉幚恚褂妥鳛橥苛显铣鰪S。5.1.4廢液化工廢水是指化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，其中含有隨水流失的化工原料，中間產(chǎn)物，產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。本工藝生產(chǎn)過程中的工業(yè)廢水主要來源式縮合反應(yīng)中生成的水，經(jīng)多次中和洗滌后的水，脫酮、脫苯時(shí)氣體蒸汽的冷卻水，廢水中含有鈉鹽，苯等。治理辦法首先從工藝上減少?gòu)U水的排放量，用沉降法分離廢水中的懸浮物質(zhì)，苯為有毒物質(zhì)可以考慮用活性分離或膜分離等處理方法將其分離，也可用連續(xù)萃取的方法將其做回收處理，經(jīng)處理的廢水達(dá)標(biāo)后方可排放或做循環(huán)利用。油水分離污水符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后排入下水道。5.1.5副產(chǎn)品處理一覽表表副產(chǎn)品處理一覽表TablebyproductList名稱處理方法苯、甲苯焦油作為有機(jī)溶劑出廠作為涂料原料出廠5.1.6廢物處理一覽表表廢物處理一覽表TableWasteDisposalList名稱狀態(tài)毒性處理方法觸媒殘?jiān)腆w有挖坑掩埋作補(bǔ)充燃料微符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排入下水道脫氫尾氣氣體微油水分離器污水液體第六章原料、中間產(chǎn)品和產(chǎn)品分析方法及頻率粗苯乙烯用折光法，采用4位數(shù)字折光儀；中間產(chǎn)物及精苯乙烯應(yīng)用色譜法。中間控制建議采用下列分析頻率：表45名稱乙苯塔控制項(xiàng)目爐焦油微量控制指標(biāo)S：40-50%T-101T-102T-103T-103T-101>=%T-302T-302S<%G-202G-203采樣地點(diǎn)T-101分析方法和頻率色譜每班一次爐焦油中含阻量塔頂餾出液釜液成分NaOH每班一次折光每小時(shí)一次折光每小時(shí)一次折光每小時(shí)一次蒸餾每天一次T-302S<%S：75-85%>=釜液折光指數(shù)釜液殘?jiān)?lt;%精餾塔苯乙烯含量無折光每小時(shí)一次色譜每班一次苯乙烯聚合物苯乙烯阻聚劑苯、甲苯塔塔頂餾出液釜液甲醇每小時(shí)一次NaOH每小時(shí)一次F-302色譜每小時(shí)一次色譜每小時(shí)一次無苯甲苯貯槽無ET<3%第七章生產(chǎn)班制定員本工藝采用連續(xù)操作，每天三班，勞動(dòng)定員配置參照國(guó)家有關(guān)企業(yè)勞動(dòng)定員，定額標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編制。對(duì)于混合整套工藝，公司定員32名，生產(chǎn)裝置工人為三班倒，維修及行政崗位為長(zhǎng)白班，具體定員如下：行政崗位3人，過熱3人，脫氫3人，冷凝3人氣體壓縮3人，油水分離3人，多塔分離5人，三廢處理3人，分析實(shí)驗(yàn)2人，銷售人員2人，車間維修2人，倉庫管理1人。第二部分設(shè)計(jì)計(jì)算書第一章物料衡算計(jì)算依據(jù)乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個(gè)單元，是具有循環(huán)物流的復(fù)雜化工過程，其流程框圖見圖1-2。乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的列管反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程式為：主反應(yīng)：C6H5C2H5→C6H5CHCH2+H2副反應(yīng)：C6H5C2H5→C6H6+CH2CH2C6H5C2H5+H2→C6H5CH3+CH4物衡數(shù)據(jù)見表一：表一各物流的已知及未知條件組分B（苯）EB（乙苯）T（甲苯）S（苯乙烯）二聚物阻聚劑物流Wi%/Wi%Wi%Wi%/Wi%Wi%1/////2345//////6(B，T)<2(B，T)（B，T）<2（B，T）078000912表中“”為待求量；“/”為不考慮的量。設(shè)計(jì)條件及任務(wù)：生產(chǎn)能力t/a年工作時(shí)間h消耗定額kgEB/kgS物料損失wt/wt120008000物料衡算F9=18000*1000/8000=1500kg/hF1=**=1930.5kg/h設(shè)F7=x，則F3=F2=F1+F7=2832+xF13=%F3，則F4=%F3由苯乙烯守恒：F5Xs，5=F7Xs，7，F(xiàn)5=2.52F7=F8=F4-F5=%(2832+x)=，4=F5Xs，5+F8Xs，8則F2=F3=解得x=F4=4530.64kg/h，F(xiàn)5=2681.95kg/h，F(xiàn)6=F5-F7=83.16kg/hF8=F4-F5=1848.7kg/hF12=F8-F9=348.7kg/h根據(jù)物料平衡守則，F(xiàn)iXj，i=FkXj，k計(jì)算得各段各組分的質(zhì)量百分含量及各段總流量（kg/h）：查的各組分分子量：BTEBS二聚物208阻聚物184各段組分的摩爾百分含量及總流量kmol/h：第二章乙苯塔的熱量衡算及塔板數(shù)計(jì)算通過簡(jiǎn)捷法，利用DSTWU模塊，由已知的物料關(guān)系進(jìn)行模擬，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，確定工藝參數(shù)。乙苯塔模擬流程如圖所示：圖2-1乙苯塔模擬流程圖設(shè)定全局特性輸入化學(xué)組分信息化學(xué)組分為苯、乙苯、甲苯和苯乙烯。選用物性計(jì)算方法和模型為“PENG-ROB”輸入進(jìn)料流股信息苯12.68kg/h，乙苯3509.84kg/h，甲苯192.92kg/h，苯乙烯2700.23kg/h。進(jìn)料溫度30℃，泡點(diǎn)進(jìn)料。確定DSTWU模型參數(shù)：回流比為最小回流比的，塔頂冷凝器的壓力，塔底再沸器壓力，塔頂輕關(guān)鍵組分為乙苯（，w%），塔底重關(guān)鍵組分為苯乙烯（，w%）。模擬結(jié)果（乙苯塔概況）有模擬結(jié)果可知：塔頂溫度為132.7℃，塔底溫度為151.4℃。最小回流比為，最小理論板數(shù)為塊。塔頂冷凝器的熱負(fù)荷為，塔釜再沸器的熱負(fù)荷為kW。第三章乙苯塔的設(shè)計(jì)填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，金屬板波紋250X型填料。規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)于散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料孔隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。250X型波紋填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料，它具有以下特點(diǎn)：1.比表面積與通用散裝填料相比，可提高近一倍，填料壓降較低，通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高。2.與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。3.工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三項(xiàng)”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔無法完成操作。鑒于250X型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝填料塔不適宜的場(chǎng)合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。鑒于以上250X型的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)塔中壓力很低，采用Mellapok-250X型填料。乙苯塔塔徑和填料層高度的計(jì)算利用DSTWU模型所得到的結(jié)果，通過RadFrac模型進(jìn)行填料塔的模擬，從而得到乙苯塔的塔徑和填料層高度等數(shù)據(jù)。首先進(jìn)行塔徑的計(jì)算。在“Blocks-B1丨PackSizing”文件夾中，建立一個(gè)填料計(jì)算文件“1”，在此文件的“Specifications”頁面填寫填料位置、選用的填料型號(hào)等信息。填料位置為2-54塊，填料為250X型金屬板片波紋型填料，HETP=0.3m。如圖3-1，計(jì)算結(jié)果見圖3-2。圖3-1填料塔信息設(shè)置圖3-2填料塔計(jì)算結(jié)果可見模擬的填料塔塔徑是1.75m，壓降為。其次進(jìn)行塔徑核算。在“Blocks-B1丨PackRating”文件夾中，建立一個(gè)填料計(jì)算文件“1”，在此文件的“Specifications”頁面填寫填料位置、選用的填料型號(hào)等信息。填料位置為2-54塊，填料為250X型金屬板片波紋型填料，HETP=0.3m，塔徑為1.8m，填料高度15m（填料高度=HETP*級(jí)數(shù)=*50=15m）如圖3-3，計(jì)算結(jié)果見圖3-4。圖3-3填料核算參數(shù)設(shè)置圖3-4填料核算計(jì)算結(jié)果有模擬結(jié)果可知，塔徑1.8m、填料高度15m時(shí)塔壓降為。塔頂冷凝器和塔釜再沸器3.3.1塔頂冷凝器冷凝器適用于精餾塔頂物流的冷凝或者反應(yīng)器的冷凝循環(huán)回流的設(shè)備，包括冷凝器和分凝器。分凝器用于多組分的冷凝，當(dāng)最終冷凝溫度高于混合組分的泡點(diǎn)，仍有一部分組分未冷凝，已達(dá)到再一次分離的目的。另一種為含有惰性氣體的多組分的冷凝，排出的氣體含有惰性氣體和未冷凝組分。全凝器的最終冷凝溫度等于或低于混合組分的泡點(diǎn)，所有組分全部冷凝。一般的，冷凝器水平布置，氣相通過冷凝器的殼程，冷卻介質(zhì)（最常見是循環(huán)冷卻水）通過冷凝器的殼程。本設(shè)計(jì)中的乙苯塔所采用的為全凝器。模擬流程圖如3-5。進(jìn)入冷凝器的汽相物流來自于精餾塔塔頂上升蒸汽，相當(dāng)于模擬精餾塔第二塊塔板上升汽相。為把此股物流引入冷凝器，可以從精餾塔中部引出一股虛擬物流并移動(dòng)到冷凝器頂部，后對(duì)虛擬物流定義后最為塔頂汽相物流。圖3-5冷凝器模擬流程圖選擇“HeatX”模塊置于精餾塔頂，把虛擬物流與“HeatX”的熱端入口相連接，然后接冷卻水，如圖3-5。精餾塔C1的參數(shù)設(shè)置與第二章乙苯塔模擬參數(shù)相同。選擇物性方法：進(jìn)入換熱器的冷凝水選擇STEAM-TA物性計(jì)算模型。設(shè)置流股信息：1、對(duì)虛擬物流進(jìn)行定義，選擇第二塊塔板上的汽相，如圖3-6。圖3-6對(duì)虛擬物流進(jìn)行定義2、進(jìn)入冷凝器的冷卻水流率定為10000kg/h，溫度20℃，壓力。設(shè)置換熱器模塊信息：換熱器采用簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)型計(jì)算，設(shè)置蒸汽冷凝液汽化分率為零，如圖3-7。圖3-7冷凝器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)參數(shù)模擬計(jì)算：結(jié)果見圖3-8~圖3-10。圖3-8顯示了兩股流體溫度、壓力、相態(tài)的變化，冷凝器的熱負(fù)荷。圖3-9顯示需要的冷凝器換熱面積為32m2。圖3-10顯示冷凝水出口溫度為44.2℃。圖3-8冷凝器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)結(jié)果1圖3-9冷凝器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)結(jié)果2圖3-10冷凝器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)結(jié)果3根據(jù)簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行冷凝器的選型。查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，從JB/T4715-1992《固定管板式換熱器》中選標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器，單管程、單殼程。殼徑600mm，換熱面積36.5m2，換熱管Φ25×2mm，管長(zhǎng)2000mm，管數(shù)245根，三角型排列，管心距32mm。3.3.2塔釜再沸器再沸器用于使精餾塔底物料部分汽化，從而實(shí)現(xiàn)精餾塔內(nèi)汽液兩相間的熱量及質(zhì)量傳遞、為精餾塔正常操作提供動(dòng)力的設(shè)備。主要有立式熱虹吸式，臥式熱虹吸式，強(qiáng)制循環(huán)式，釜式，內(nèi)置式。本設(shè)計(jì)所采用的為釜式再沸器。模擬流程圖如3-11。進(jìn)入再沸器的液相物流來自于精餾塔塔底下降的液體，相當(dāng)于模擬精餾塔倒數(shù)第二塊塔板下降液相。為把此股物流引入再沸器，可以從精餾塔中部引出一股虛擬物流并移動(dòng)到再沸器，后對(duì)虛擬物流定義后最為塔底液相物流。選擇“HeatX”模塊置于精餾塔底，把虛擬物流與“HeatX”的冷端入口相連接，然后接水蒸汽，如圖3-11。圖3-11再沸器模擬流程圖精餾塔B1數(shù)設(shè)置與第二章乙苯塔模擬參數(shù)相同。選擇物性方法：進(jìn)入換熱器的水蒸氣選擇STEAM-TA物性計(jì)算模型。設(shè)置流股信息：1、對(duì)虛擬物流進(jìn)行定義，選擇第54塊塔板的液相，如圖3-12。圖3-12對(duì)虛擬物流進(jìn)行定義2、進(jìn)入再沸器的水蒸氣流率定為10000kg/h，溫度200℃，飽和蒸汽進(jìn)料。設(shè)置換熱器模塊信息：換熱器采用簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)型計(jì)算，根據(jù)物料衡算結(jié)果，設(shè)置再沸器熱負(fù)荷為，如圖3-13。圖3-13再沸器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)參數(shù)模擬計(jì)算：結(jié)果見圖3-14~圖3-15。圖3-14顯示了兩股流體溫度、壓力、相態(tài)的變化。圖3-15顯示需要的再沸器換熱面積為78m2。圖3-14再沸器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)結(jié)果1圖3-15再沸器簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)結(jié)果2根據(jù)簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行再沸器的選型。查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，從JB/T4715-1992《固定管板式換熱器》中選標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器，單管程、單殼程。殼徑700mm，換熱面積80.0m2，換熱管Φ25×2mm，管長(zhǎng)3000mm，管數(shù)355根，三角型排列，管心距32mm。管徑計(jì)算針對(duì)不同的流體，選擇適宜的流速，由求得接管的直徑.為防止流速過大引起管道沖蝕，磨損，震動(dòng)和噪音，液體流速一般不超過3m/s，氣體流速一般不超過10-30m/s.本次設(shè)計(jì)所選擇的鋼管材料均為無縫鋼管。1、進(jìn)料管尺寸設(shè)=2m/s,V=÷872÷3600=0.002m3/sV=u,圓整取取=40mm.2、塔頂回流管選u=0.5m/s(重力回流)，V=0.0013m3/sV=，所以，，圓整取3、再沸器蒸汽出口取，VS=21.82m3/s，則，圓整取d=1.25m4、塔底回流管d=d=1.25m塔高式中：H塔高，m；HD塔頂空間高度，m；N理論塔板數(shù)；HETPHF等板高度，m；塔內(nèi)件及人孔、手孔、進(jìn)料位置等空間的總高度；HBHQ塔釜空間高度，m；裙座高度，m‘由知：N×HETP=50×=15m，取=1.2m，=1.8m，=1.3m；塔釜空間高度要保證釜液10~15min的儲(chǔ)量，假設(shè)15min的儲(chǔ)量；由aspen模擬，=3.35m3/h＝0.056m3/min由，可得＝1.667m,?。?.8m代入式中，得=21.1m附件選擇3.6.1液體分布器在塔內(nèi)回流液接管處設(shè)置一噴頭式液體分布器，噴頭標(biāo)準(zhǔn)為H45-0010-2．3.6.2填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設(shè)計(jì)中的填料塔，在每層填料設(shè)置一塊壓緊裝置，選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵極固定。3.6.3填料支撐裝置填料支承結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足3個(gè)基本條件：①使起液能順利通過.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。②要有足夠的強(qiáng)度承受填料的重量，并考慮填料孔隙中的持液重量。③要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。本設(shè)計(jì)根據(jù)需要，選擇柵條式支承裝置。3.6.4液體再分布器裝置液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的現(xiàn)象，偏流往往造成塔中心的填料不被潤(rùn)濕，降低表面利用率。故需設(shè)置液體收集及再分布裝置。本次填料塔設(shè)計(jì)在精餾段分段填料層之間設(shè)置一分盤式液體收集分布器，在進(jìn)料位置設(shè)置一遮板式液體收集再分布器。3.6.5除沫裝置除沫裝置安裝在液體再分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于氨氣溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置，根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。乙苯塔進(jìn)料泵進(jìn)料泵：進(jìn)料流量Q=W/ρ=872/3600=0.002m3/s=7.4m3/h泵進(jìn)料管線DN40，流速U=2.0m/s，取當(dāng)量長(zhǎng)度L=5.5mRe=duρ/μ=×2×872/=22006為湍流管線為無縫鋼管ε=相對(duì)粗糙度ε/d=40=查表：λ=管線阻力