年產(chǎn)10萬(wàn)噸苯乙烯生產(chǎn)工藝

摘要TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論 -31苯乙烯的用途及其在工業(yè)上的重要性 32苯乙烯在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景 43國(guó)內(nèi)外苯乙烯的生產(chǎn)工藝 -6第二章生產(chǎn)工藝說(shuō)明 101反應(yīng)原理 -102工藝條件 103工藝流程 12第三章物料及熱量衡算 161計(jì)算依據(jù) -162物料衡算（脫氫反應(yīng)器） 173熱量衡算（脫氫反應(yīng)器） 19第四章乙苯蒸出塔計(jì)算 23乙苯蒸出塔操作條件的確定----乙苯蒸出塔操作條件的確定-----23-2理論板數(shù)的計(jì)算 -25第五章苯乙烯產(chǎn)品規(guī)格及安全、儲(chǔ)運(yùn) 27-參考文獻(xiàn) 29致謝摘要本設(shè)計(jì)的依據(jù)是采用低活性、高選擇性催化劑，參照Badger公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。乙苯脫氫反應(yīng)在絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)55%；2）選擇性好，可達(dá)90%。采用這種脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)，整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，可以維持壓縮機(jī)入口盡可能高壓，同時(shí)維持脫氫反應(yīng)器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，另外還不損失壓縮能和投資費(fèi)用。所需催化劑用量少；反應(yīng)器體積較小，催化劑不宜磨損，能在高溫高壓下操作，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，選價(jià)便宜。本設(shè)計(jì)裝置主要由脫氫反應(yīng)部分和精餾、回收部分兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。關(guān)鍵詞：脫氫；絕熱式；精餾與回收；苯乙烯；物料衡算第一章緒論1苯乙烯的用途及其在工業(yè)上的重要性1.1用途[1]苯乙烯是一種重要的有機(jī)化工原料，它主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯樹(shù)脂（PS）、丙烯臘-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹(shù)脂、苯乙烯-丙烯臘共聚物（SAN）樹(shù)脂、丁苯橡膠和丁苯膠乳（SBR/SBR膠乳）、離子交換樹(shù)脂、不飽和聚酯以及苯乙烯系熱塑性彈性體（如SBS）等。在制藥上，它主要用于制造一些西藥的原料成分，例如：2-漠苯乙烯原料藥的主要成分就是苯乙烯。在選礦時(shí)，它還可以用做選礦藥劑的制造。例如：在選礦中最主要的藥劑LF型錫石細(xì)泥捕收劑（苯乙烯膦酸）的主要原料也是苯乙烯。此外，它還可以制造GUIOY型農(nóng)藥。所以說(shuō)苯乙烯的用途十分廣泛。1.2苯乙烯在工業(yè)上的重要性[1]苯乙烯簡(jiǎn)稱SM,是石化行業(yè)的重要基礎(chǔ)原料。苯乙烯系列樹(shù)脂的產(chǎn)量在世界合成樹(shù)脂中居第三位，僅次于PE、PVC。苯乙烯的均聚物一聚苯乙烯（PS）是五大通用熱塑性合成樹(shù)脂之一，廣泛用于注塑制品、擠出制品及泡沫制品3大領(lǐng)域，近年來(lái)需求發(fā)展增長(zhǎng)旺盛。苯乙烯、丁二烯和丙烯臘共聚而成的ABS樹(shù)脂是用量最大的大宗熱塑性工程塑料，是苯乙烯系列樹(shù)脂中發(fā)展與變化最大的品種，在電子電器、儀器儀表、汽車制造、家電、玩具、建材工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)已經(jīng)成為世界ABS最大的產(chǎn)地和消費(fèi)市場(chǎng)之一。丁苯橡膠是丁二烯與苯乙烯共聚，是最大的通用合成橡膠品種，也是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的橡膠之一。丁苯膠的年耗用量占合成橡膠的首位。由苯乙烯還可以生產(chǎn)的丙烯月青-苯乙烯二元共聚物（SAN）、不飽和樹(shù)脂（UPR）、丁苯橡膠（SBR）、丁苯膠乳（SBL）、熱塑性丁苯橡膠SBS）等產(chǎn)品，可以說(shuō)苯乙烯是化學(xué)工業(yè)中最重要的單體之一。2苯乙烯在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景2.1苯乙烯在國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景⑵苯乙烯在現(xiàn)今社會(huì)已經(jīng)開(kāi)始迅速發(fā)展，各種工業(yè)產(chǎn)品基本上都有或多或少需要苯乙烯單體，苯乙烯的年消費(fèi)量也在逐年增加。以下是世界苯乙烯的消費(fèi)量與產(chǎn)量對(duì)應(yīng)圖表。圖表1.1到2010年，在全球苯乙烯主要的下游衍生物中，聚苯乙烯、ABS/SAN、SBR及其膠乳、不飽和聚酯樹(shù)脂以及苯乙烯共聚物消耗苯乙烯的比例將分別達(dá)到約62.3%、16.6%、8.9%、4.6%和2.2%。預(yù)計(jì)2010-2015年世界對(duì)苯乙烯的需求量將以年均約2.0%的速度增長(zhǎng)，到2015年總消費(fèi)量將達(dá)到約3314.0萬(wàn)噸。2.2苯乙烯在國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與前景⑵我國(guó)的苯乙烯發(fā)展起步較晚，但是由于我國(guó)人口較多，消費(fèi)量也在逐年增加，所以我國(guó)也在大力發(fā)展苯乙烯生產(chǎn)能力。以下是我國(guó)苯乙烯的年消費(fèi)量與產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)圖表。700萬(wàn)600700萬(wàn)6005004003002001000—年消費(fèi)量口年產(chǎn)量2005年2006年2007年2008年2009年圖表1.2由圖表可知，我國(guó)苯乙烯消費(fèi)量以年均約3.7%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2010年我國(guó)苯乙烯總消費(fèi)量將達(dá)到約653.0萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2010-2015年我國(guó)對(duì)苯乙烯的需求量將以年均約1.7%的速度增長(zhǎng)，到2015年總消費(fèi)量將達(dá)到約814.0萬(wàn)噸。而屆時(shí)我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)能力將達(dá)到800萬(wàn)噸，這樣就有約14萬(wàn)噸的苯乙烯需要進(jìn)口。所以說(shuō)，我國(guó)的苯乙烯生產(chǎn)能力還需要大力發(fā)展。3國(guó)內(nèi)外苯乙烯的生產(chǎn)工藝⑶國(guó)內(nèi)外苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有乙苯脫氫法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法、熱解汽油抽提蒸餾回收法、丁二烯合成法等。3.1乙苯脫氫法乙苯脫氫法［10］是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)苯乙烯的主要方法，其生產(chǎn)能力約占世界苯乙烯總生產(chǎn)能力的90%。它又包括乙苯催化脫氫和乙苯氧化脫氫兩種生產(chǎn)工藝。1）乙苯催化脫氫工藝乙苯催化脫氫是工業(yè)上生產(chǎn)苯乙烯的傳統(tǒng)工藝，它是由美國(guó)Dow化學(xué)公司首次開(kāi)發(fā)成功。目前典型的生產(chǎn)工藝主要有Badger工藝、ABB魯姆斯/UOP工藝以及BASF工藝等。乙苯催化脫氫法的技術(shù)關(guān)鍵是尋找高活性和高選擇性的催化劑。工藝上開(kāi)始采用的是鋅系、鎂系催化劑，后來(lái)逐漸被綜合性能更好的鐵系催化劑所替代。世界乙苯脫氫催化劑的研究正在向低鉀含量、低水比、具有更高穩(wěn)定性和更長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的方向發(fā)展。2）乙苯氧化脫氫法乙苯氧化脫氫技術(shù)是用較低溫度下的放熱反應(yīng)代替高溫下的乙苯脫氫吸熱反應(yīng)，從而大大降低了能耗，提高了效率。氧化脫氫反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在熱力學(xué)上有利于苯乙烯的生成。典型的生產(chǎn)工藝為苯乙烯單體先進(jìn)反應(yīng)器技術(shù)（StyreneMonomerAdvancedReactorTechnology，簡(jiǎn)稱Smart工藝）。該工藝采用三段式反應(yīng)器。一段脫氫反應(yīng)器中乙苯和水蒸汽在脫氫催化劑層進(jìn)行脫氫反應(yīng)，在出口物流中加入定量的空氣或氧氣與水蒸汽進(jìn)入兩段反應(yīng)器，兩段反應(yīng)器中裝有高選擇性氧化催化劑和脫氫催化劑，氧和氫反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使反應(yīng)物流升溫，氧全部消耗，烴無(wú)損失，兩段反應(yīng)器出口物流進(jìn)入三段反應(yīng)器，完成脫氫反應(yīng)。3.2環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法環(huán)氧丙烷-苯乙烯（簡(jiǎn)稱PO/SM）聯(lián)產(chǎn)法又稱共氧化，由Halcon公司開(kāi)發(fā)成功，并于1973年在西班牙首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在130T60°C、0.3-0.5MPa下，乙苯先在液相反應(yīng)器中用氧氣氧化生成乙苯過(guò)氧化物，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，在反應(yīng)溫度為110C、壓力為4.05MPa條件下，與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)成環(huán)氧丙烷和甲基芐醇。環(huán)氧化反應(yīng)液經(jīng)過(guò)蒸餾得到環(huán)氧丙烷，甲基芐醇在260C、常壓條件下脫水生成苯乙烯。3.3熱解汽油抽提蒸餾回收法從石腦油、瓦斯油蒸汽裂解得到的熱解汽油中直接通過(guò)抽提蒸餾也可以制得苯乙烯。GTC技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了采用選擇性溶劑的抽提蒸餾塔GT-苯乙烯工藝，從粗熱解汽油（來(lái)自石腦油、瓦斯油和NGL蒸汽裂解）直接回收苯乙烯。提純后苯乙烯產(chǎn)品純度為99.9%,含苯基乙炔小于50PPmo采用抽提技術(shù)將苯乙烯回收，既可減少后續(xù)加氫過(guò)程中的氫氣消耗，又避免了催化劑因苯乙烯聚合而引起的中毒，也增產(chǎn)了苯乙烯。3.4丁二烯合成法Dow化學(xué)公司和荷蘭國(guó)家礦業(yè)公司（DSM）都在開(kāi)發(fā)以丁二烯為原料合成苯乙烯技術(shù)。不久即將實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。Dow化學(xué)工藝是以負(fù)載在沸石上的銅為催化劑，反應(yīng)在裝有催化劑的固定床上進(jìn)行，丁二烯轉(zhuǎn)化率為90%，4-乙烯基環(huán)己烯（4-VCH）的選擇性接近100%。之后的氧化脫氫采用以氧化鋁為載體的錫/銻催化劑，在氣相中進(jìn)行。在1個(gè)月的運(yùn)轉(zhuǎn)期內(nèi)，催化劑活性下降了一半，此時(shí)在催化劑床上通入氧氣使其再生。該反應(yīng)在0.6MPa和400°C下進(jìn)行，苯乙烯的選擇性為90%o本設(shè)計(jì)所采用的生產(chǎn)苯乙烯工藝是乙苯催化脫氫制苯乙烯。本工藝轉(zhuǎn)化率為35%-40%,選擇性90%o此法相對(duì)于其他工藝，轉(zhuǎn)化率和選擇性都比較低，但是本設(shè)計(jì)采用新型催化劑，使其轉(zhuǎn)化率達(dá)到82%o再者，此法相比較具有設(shè)備造價(jià)低、生產(chǎn)能力大、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法的轉(zhuǎn)化率為50%，選擇性80%o它的的設(shè)備投資比較高，只適合大規(guī)模生產(chǎn)。技術(shù)尚不成熟，不適應(yīng)小規(guī)模生產(chǎn)。而熱解汽油抽提蒸餾回收法的轉(zhuǎn)化率90%，選擇性45%o該法技術(shù)相比較落后，加之選擇性較低，產(chǎn)率沒(méi)有本設(shè)計(jì)所采用的方法的產(chǎn)率高。丁二烯合成法的轉(zhuǎn)化率90%,選擇性100%o此法相比較產(chǎn)量比較大，但是用此法生產(chǎn)，生成的副產(chǎn)物較多，不適應(yīng)小規(guī)模生產(chǎn)。所以本設(shè)計(jì)采用乙苯催化脫氫制苯乙烯。第二章生產(chǎn)工藝流程1反應(yīng)原理⑷主、副反應(yīng)主反應(yīng)：CHCH—CHCHCH+H6525 65 2 2 △H873K=125KJ/moL副反應(yīng)：如裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng):CHCH+HTHCH+CH6525 265 3 4△H873K=-64.5KJ/moLCHCH+HTH+C2H66525 2 66△H873K=-41.8KJ/moLCHCHTH+C2H46525 66△H873K=102KJ/moL高溫裂解生碳：CHCH—8C+5H65252△H873K=-1.72KJ/moL在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)：CHCH+16H0—8C0+21H6525 2 2 2 △H873K=793.4KJ/moL2工藝條件⑷2.1反應(yīng)溫度乙苯脫氫反應(yīng)為可逆吸熱反應(yīng)。從熱力學(xué)分析可知，升高反應(yīng)溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)增大，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率提高，苯乙烯平衡收率提高；從動(dòng)力學(xué)分析，反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速度加快，乙苯轉(zhuǎn)化率提高，副產(chǎn)物提高，苯乙烯產(chǎn)率下降。則本設(shè)計(jì)采用溫度為873K。2.2反應(yīng)壓力和水蒸氣用量A.反應(yīng)壓力乙苯脫氫反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)增多的可逆反應(yīng)，理論上，低壓有利于乙苯平衡轉(zhuǎn)化率及苯乙烯平衡收率的提高。但是，真空條件下進(jìn)行高溫操作易燃易爆物料，在工業(yè)生產(chǎn)中不安全。為解決這一矛盾，本設(shè)計(jì)采用通入過(guò)熱水蒸氣的方法。這樣，既降低了反應(yīng)組分的分壓，推動(dòng)了平衡的有利移動(dòng)，又避免了真空操作，保證了反應(yīng)的安全運(yùn)行。B.水蒸氣用量水蒸氣用量增多，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率提高。而當(dāng)水蒸氣與乙苯的用量摩爾比超過(guò)9時(shí)，乙苯轉(zhuǎn)化率已無(wú)明顯提高，而能量消耗更增大，設(shè)備生產(chǎn)能力降低。所以本設(shè)計(jì)采用水蒸氣與乙苯的配比為2。2.3催化劑⑷乙苯脫氫工藝過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)是催化劑?？梢哉f(shuō)催化劑的性能決定了乙苯的轉(zhuǎn)化率和生成乙苯的選擇性、蒸汽/烴比、液體時(shí)空速、運(yùn)轉(zhuǎn)周期等，也就是說(shuō)催化劑的性能決定了脫氫過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。表2.1主要牌號(hào)乙苯脫氫制苯乙烯催化劑的工藝指標(biāo)牌號(hào)乙苯轉(zhuǎn)化率苯乙烯選擇性％催化劑壽命a美國(guó)G84C6596.71.5-2G6456911.5-2Shell56901.5-2德國(guó)BASF催化劑-6093>1.5前蘇聯(lián)K-2470-7590>1.5前蘇聯(lián)K-267590>1.5上海石化院GS01,056095蘭化公司T315>5590>1.0本設(shè)計(jì)采用的催化劑為GS-01脫氫催化劑，在873K、水蒸氣與乙苯的配比為2的條件下，乙苯轉(zhuǎn)化率達(dá)60%，苯乙烯選擇性為95%-96%,亦達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平。3工藝流程3.1乙苯脫氫反應(yīng)器工藝流程的選擇[5]由于供熱方式不同，采用的反應(yīng)器型式也不同。工業(yè)上采用的反應(yīng)器型式有兩種：一種是多管等溫型反應(yīng)器，它是以煙道氣為熱載體，反應(yīng)器放在加熱爐內(nèi)，由高溫?zé)煹罋猓瑢⒎磻?yīng)所需要的熱量通過(guò)管壁傳遞給催化劑床層。另一種是絕熱型反應(yīng)器，它所需要的熱源是由過(guò)熱水蒸氣直接帶入反應(yīng)系統(tǒng)。采用這兩種不同型式反應(yīng)器的工藝流程，主要差別有以下兩點(diǎn)：1、脫氫部分的水蒸氣用量不同；2、熱量的供給和回收利用方式不同。3.1.1多管等溫反應(yīng)器脫氫部分的工藝流程多管等溫反應(yīng)器是由許多耐高溫的鎳銘不銹鋼鋼管組成；管徑為100~185mm；管長(zhǎng)為3m；管內(nèi)裝填催化劑；管外用煙道氣加熱。采用多管等溫反應(yīng)器脫氫時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是：1)水蒸氣的消耗量約為絕熱式反應(yīng)器的二分之一；2)乙苯轉(zhuǎn)化率高，苯乙烯的選擇性高。但是等溫反應(yīng)器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要大量的特殊合金鋼材，反應(yīng)器制造費(fèi)用咼等缺點(diǎn)，因此，大規(guī)模的生產(chǎn)裝置，都采用絕熱型反應(yīng)器。3.1.2絕熱型反應(yīng)器脫氫部分的工藝流程由于脫氫反應(yīng)需要吸收大量的熱量，所以反應(yīng)器的進(jìn)口溫度必然比出口溫度高。絕熱反應(yīng)器的進(jìn)出口溫度差可以達(dá)到65°C。這樣的溫度分布對(duì)于脫氫反應(yīng)速度和反應(yīng)選擇性都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。脫氫反應(yīng)器進(jìn)口處乙苯濃度最高，由于溫度高就有比較多的平行副反應(yīng)發(fā)生，從而使它的選擇性下降。脫氫反應(yīng)器出口溫度低，對(duì)平衡不利，使反應(yīng)速度減慢，限制了轉(zhuǎn)化率的提高，所以絕熱反應(yīng)器脫氫，不僅轉(zhuǎn)化率比

較低，選擇性也比較低。絕熱反應(yīng)器脫氫時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低；2）工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大；同時(shí)絕熱反應(yīng)器脫氫有：反應(yīng)器進(jìn)出口溫差大；轉(zhuǎn)化率比較低；選擇性也比較低等缺點(diǎn)。為了克服絕熱反應(yīng)器進(jìn)出口溫差大、轉(zhuǎn)化率低等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用了徑向絕熱反應(yīng)器脫氫技術(shù)。這種反應(yīng)器制造費(fèi)用比等溫反應(yīng)器便宜，水蒸氣的用量比一般絕熱反應(yīng)器的用量要少，溫差也小，乙苯轉(zhuǎn)化率可達(dá)到60%以上，選擇性也比較高。本設(shè)計(jì)采用的絕熱反應(yīng)器，對(duì)前面提到的過(guò)熱水蒸氣消耗量大、乙苯轉(zhuǎn)化率低和苯乙烯選擇性差等缺點(diǎn)，得到了比較好的解決。圖2.1為本設(shè)計(jì)采用的三段絕熱式徑向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。它的每一段都由混合室、中心室、催化劑室和收集室組成。具體工藝流程為：乙苯蒸氣與一定量的過(guò)熱水蒸氣首先進(jìn)入混合室，充分混合以后，由中心室通過(guò)鋼板制的圓筒壁，噴入催化劑床層。脫氫產(chǎn)物經(jīng)過(guò)鋼板制外圓出口筒，進(jìn)入反應(yīng)器的收集室。然后再進(jìn)入第二混合室，再與過(guò)熱水蒸氣混合，經(jīng)過(guò)同樣的過(guò)程，直到反應(yīng)器的出口。出口圖2.1三段絕熱式徑向反應(yīng)器1混合器；2中心室；3催化劑室；4收集室

3.2脫氫產(chǎn)物粗苯乙烯的分離與精制⑸脫氫產(chǎn)物粗苯乙:（也稱為脫氫液和爐油有乙烯以外，還含有沒(méi)，它除了含有產(chǎn)［應(yīng)的乙苯和副產(chǎn)物苯、甲苯及少量焦油。因?yàn)槊摎浞椒ê筒僮骼t餾的方法分離烯的沸點(diǎn)只差F條件的不同，各組沸點(diǎn)相差較大，所以可以用精其中乙苯苯嵐烯的分離是最關(guān)鍵的部分離時(shí)要求的塔數(shù)比較多，所以除了WC,分加阻聚劑以外,脫氫產(chǎn)物粗苯乙:（也稱為脫氫液和爐油有乙烯以外，還含有沒(méi)，它除了含有產(chǎn)［應(yīng)的乙苯和副產(chǎn)物苯、甲苯及少量焦油。因?yàn)槊摎浞椒ê筒僮骼t餾的方法分離烯的沸點(diǎn)只差F條件的不同，各組沸點(diǎn)相差較大，所以可以用精其中乙苯苯嵐烯的分離是最關(guān)鍵的部分離時(shí)要求的塔數(shù)比較多，所以除了WC,分加阻聚劑以外,烯由于兩者精餾塔內(nèi)粗苯乙烯的分離和精制制流程見(jiàn)圖無(wú)2所示。粗苯乙烯先進(jìn)入乙苯-苯乙烯分離塔，將沒(méi)有反應(yīng)的乙苯、副產(chǎn)物苯和甲苯與苯乙烯進(jìn)行分離。塔頂蒸出的乙苯、苯和甲苯經(jīng)過(guò)冷凝后，一部分回流，其余送入苯、甲苯回收塔，將乙苯與苯、甲苯分離，塔底分出的乙苯可循環(huán)作脫氫原料用。塔頂分出的苯和甲苯，送入苯、甲苯分離塔，將苯和甲苯進(jìn)行分離。乙苯蒸出塔塔底液體主要是苯乙烯，還含有少量焦油，將它們送入苯乙烯精餾塔，塔頂蒸出聚合級(jí)苯乙烯，純度為99.6%（質(zhì)量）。塔底液體為分離出來(lái)的焦油，焦油里面含有苯乙烯，可進(jìn)步進(jìn)行回收。圖2.2粗苯乙烯的分離和精制流程1-乙苯-苯乙烯分離塔2-苯、甲苯回收塔3-苯、甲苯分離塔 4-苯乙烯精餾塔第三章 物料及熱量衡算1計(jì)算依據(jù)⑹.原料組成（質(zhì)量%）:乙苯：99%甲苯：0.8%苯：0.2%.操作條件：年工作日：300天，每天24小時(shí)，乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%乙苯損失量為純乙苯投料量為4.66%配料比：原料烴/水蒸汽二1/2.6(質(zhì)量比)溫度T：反應(yīng)器進(jìn)口溫度630°C，出口溫度580°C壓力P：床層平均操作壓力1.5X105Pa.催化劑條件：采用GS-01新型脫氫催化劑，d=3mm,h=13mm允許通入乙苯空速為：(0.5~0.9)Nm3乙苯/^Cat.h).參考數(shù)據(jù)：反應(yīng)器直徑D=2m取熱損失為反應(yīng)熱為4%k=exp(11.281-2545/RT)K=exp(15.344-14656.5734/T)Cat的有效系數(shù) n=0.7n=0.6671 2.填料情況：取瓷環(huán)為25X25的拉西環(huán)，所填高度為250mm,錐形高度為250mm，錐角取90。.壓力：第一反應(yīng)器進(jìn)口壓力為1.8X105Pa，出口壓力為1.2X105Pa,平均壓力為1.5X105Pa，壓降△P=0.6X105Pa。.再沸器：取熱損失為水蒸汽放出熱量的3%，Q=Q/(1-3%)蒸汽吸.計(jì)算依據(jù)：水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為2.6：1反應(yīng)壓力為150000Pa(絕)，反應(yīng)溫度為580C,反應(yīng)器進(jìn)口溫度630C，乙苯總

轉(zhuǎn)化率為55%O為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定：1）反應(yīng)混合原料組成：乙苯：99%,甲苯：0.8%,苯：0.2%,混合原料中不含其它二甲苯。2）水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無(wú)結(jié)焦反應(yīng)。3）冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，水中夾帶芳煙量為500nig/L,夾帶芳煙組成同有機(jī)混合物相同。有機(jī)混合物中水量很少可忽略。4）阻聚劑加入量為有機(jī)混合物量的0.03（W%）。5）精餛塔塔頂苯乙烯回收率大于95%。精餛塔真空操作，塔頂壓力＜50mmHgo。物料衡算（脫氫反應(yīng)器）A、假設(shè)以10000kg/h原料進(jìn)料為基準(zhǔn)，則反應(yīng)器進(jìn)料G:A、2甲苯:10000X0.8%=80kg/h,80/92=0.87kmol/h；乙苯：10000X99%=9900kg/h,甲苯:10000X0.8%=80kg/h,80/92=0.87kmol/h；乙苯：10000X99%=9900kg/h,9900/106=93.396kmol/h；10000X0.2%=20kg/h ,20/78=0.256kmol/h；B、C、反應(yīng)器的出料:B、C、反應(yīng)器的出料:進(jìn)反應(yīng)器的蒸汽量G,由于原料煙/水蒸汽=1/2.6（質(zhì)量比）1則:乙苯:9900X2.6=25740kg/h 25740/18=1430kmol/h乙苯:反應(yīng)器的出料G:3據(jù)化學(xué)反應(yīng)式CHCHlCHCHCH+H；乙苯總轉(zhuǎn)化率TOC\o"1-5"\h\z5 6 5 2 255%，選擇性90%；則:生成的苯乙烯:93.396X90%X(1-4.66%)X55%=44.077kmol/h生成的H量：44.077kmol/h一亠 2副反應(yīng)：據(jù)化學(xué)反應(yīng)式CHCH-CH+C2H4；選擇性為3%時(shí)則：,、 . …』 6525 66生成的苯：93.396X55%X3%X(1-4.66%)=1.469kmol/h

生成的乙烯： 1.469kmol/h出料中的苯量：1.469+0.256=1.725kmol/h據(jù)化學(xué)反應(yīng)式CHCH+H-CHCH+CH；選擇性為7%時(shí)則：6525 2 65 3 4消耗H量：93.396X55%X7%X(1-4.66%)=3.428kmol/h2生成的甲苯量： 3.428kmol/h生成的甲烷量3.428kmol/h則反應(yīng)器出口的物料組成乙苯93.396X(1-4.66%)X(1-55%)=40.07kmol/h苯乙烯44.077kmol/h甲苯3.428+087=4.298kmol/h苯1.469+0.256=1.725kmol/h乙稀1.469kmol/h甲烷3.428kmol/h氫氣44.077-3.428=40.649kmol/h3.1反應(yīng)器出口的有機(jī)混合物質(zhì)量組成如下表:3.1Kg/hW%乙苯：40.07X106=4247.4245.372苯 乙烯：44.077X104=4584.00848.967甲苯：40298X92=395.4164.224表

苯：1.725X78=134.551.437合計(jì)：9361.394100.003熱量衡算[7]3.1各物質(zhì)C=f(T)p1)查《化工熱力學(xué)》，計(jì)算公式：C/R=A+BT+CT(kj/kmolK)p22)K)3)4)序號(hào)物質(zhì)名稱A103B102)K)3)4)序號(hào)物質(zhì)名稱A103B106C1甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.064-13.3105甲苯0.29047.052-15.716查《化工計(jì)算》，C=a+bX10-2T+cX10-5T+dX10-9T(kj/kmolp 2 3表3.2序號(hào)物質(zhì)名稱abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氫氣6.953-0.0460.096-0.21表3.3查汽化潛熱表名稱甲苯乙苯苯苯乙烯數(shù)值37.9942.2633.8540.830表3.4hf(kj/mol)i表3.5名稱甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氫氣HF0-74.8552.26103.982.950.0025.7903.計(jì)算(A)帶入反應(yīng)器熱(以25°C為基準(zhǔn))1)蒸汽帶入：Q=mX(h-h)1 1 0

2)反應(yīng)物帶入：Q=AH+AH'TOC\o"1-5"\h\z2 1 V由設(shè)計(jì)要求知：T=630°C,故取T=(T+T)/2+273.15二60065K,根據(jù)1 1 0物質(zhì)C表可計(jì)算：P乙苯：C二aW102T+(^<105T+c^1O9T=236.048kJ/kmol)Kp平均 2 3苯乙烯：C=aW102T+(^<105T+c^1O9T=217.714kJ/kmol)Kp平均 2 3甲苯:C=a+*l(M+次1ST+c^109T=190.239(kJ/kmol)Kp平均 2 3C=SyiC=235.97lkJ/kmol)Kpm平均 pi平均AH?=SniAH?=3.98X106(kj/h)V ViAH=n反應(yīng)物 X(T-T)+SniH?=1.74K107(kj/h)1 pm平均 0 Vi(B)帶出反應(yīng)器熱量1)反應(yīng)吸收熱量：Q=AH。吸R乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程為:主反應(yīng)CHCHlCHCHCH6 52 5反應(yīng)+主反應(yīng)CHCHlCHCHCH6 52 5反應(yīng)+H2CHCH6525CH66(a)C2H4(b)C2H4(b)CHCH+6525H—CHCHCHCH+6525H—CHCH+2 65 3CH4(c)由各物質(zhì)小Hf列表可得:對(duì)于(a)反應(yīng)：AH1=103.9-25.79=78.11kJ/molR0對(duì)于(b)反應(yīng)：AH2=82.9+52.26-25.79=109.37kJ/molR0對(duì)于(c)反應(yīng)：AH3=50-74.85-25.79=-50.64kJ/molR0由物料衡算可得：(a)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：44.07kmol/h；(b)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：L469kmol/h；(c)反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：3.428kmol/h；AHe=SniAH'=3.43X106(kJ/h)TOC\o"1-5"\h\zR Vi2)反應(yīng)物帶出熱量：Q=AH+AH3V” 21、 間=SniAH=3.87X106(kJ/h)V” I2、 間二nCX(T2-T0)C=SyiC2 pm平均 pm平均 pi平均根據(jù)Cp列表，累加得表3.6序號(hào)名稱ABX110-3CX110-6DX110-91甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.392序號(hào)名稱ABX110-3CX110-6DX110-93苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.06-13.3015甲苯0.29047.05-15.7166乙苯-8.398159.35-100.0323.957氫氣6.953-0.0460.096-0.21合計(jì)3.815319.081152.16923.74?.?C=3.185+0.319XTT.52X10-4T+2.37X10-8Tpm平均 2 3(C)蒸汽帶出熱量：Q=mX(h2-h0)4第四章 乙苯-苯乙烯分離塔計(jì)算1乙苯一苯乙烯分離塔操作條件的確定⑻1.1塔頂溫度的確定

已知乙苯一苯乙烯塔頂壓力為185mmHg,具體步驟如下：假設(shè)溫度，計(jì)算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯之蒸汽壓由K=P/P計(jì)算出KiiD i,由x=y/K計(jì)算出x計(jì)算x是否等于1,若是，則假設(shè)成立，否則iDii i， i重新假設(shè)溫度，重復(fù)上述計(jì)算。飽和蒸汽壓計(jì)算公式(安托因方程)[8]:lnP=A—B/(T+C)苯：A=15.9008 B=2788.51C=—52.36甲苯：A=16.0137B=3096.52C=—53.67乙苯：A=16.0195B=3279.47C=—59.95苯乙烯：A=19.0193B=3328.57C=—63.72甲苯：A=16.0137B=3096.52C=—53.67乙苯：A=16.0195B=3279.47C=—59.95苯乙烯：A=19.0193B=3328.57C=—63.72焦油：A=19.0193B=3328.57C=—63.72設(shè)：t=40°CD將T=40+273.15代入計(jì)算式，具體結(jié)果表4.1如下:表4.1組成塔頂氣相組成ymol%飽和蒸汽壓(mmHg)K=P/PiiDa苯2.82942.7785.0967.756甲苯8.28372.0212.0113.061乙苯88.66164.8230.8911.356苯乙烯0.24121.5700.6571合計(jì)100.00通過(guò)計(jì)算試差求得塔頂溫度就可認(rèn)為87.27C。1.2塔釜溫度的確定已知乙苯一苯乙烯塔底壓力為261.44mmHg，設(shè):t=40CW設(shè):t=40CW將T=40+273.15代入計(jì)算式，具體結(jié)果表4.2如下:表4.2期出 塔釜?dú)庀嘟M成組成 ]0/ymol%Di飽和蒸汽壓(mmHg)K=P/PiiDa乙苯 0.27343.9991.3161.316苯乙烯 99.69261.3130.9991阻聚劑 0.035261.3130.9991合計(jì) 100.00通過(guò)計(jì)算試差求得塔釜溫度就可認(rèn)為108.98C。1.3進(jìn)料溫度的確定[9]設(shè)進(jìn)料為飽和液體，具體步驟同前5(PP)=0.5(1.05+1.4)=22mmHg具體DW計(jì)算結(jié)果如下表4.3：表4.3組成塔進(jìn)料氣相組成ymol%Di飽和蒸汽壓(mmHg)K=P/PiiDa.苯1.911270.815.6597.122甲苯4.77519.7262.3142.913乙苯44.43238.3361.0611.336苯乙烯48.87178.4360.7951焦油0.02178.4360.7951合計(jì)100.00通過(guò)計(jì)算試差求得塔進(jìn)料溫度就可認(rèn)為97.77°C。2、理論板數(shù)的計(jì)算[io]最小理論板數(shù)塔頂：a=164.823/121.57=1.3561塔進(jìn)料：a=238.336/178.436=1.3362塔釜：a=343.999/261.313=1.3163則：N=lg((X/X)/(X/X))/lga-1=43.6M ABDABW ABA、實(shí)際回流比下的理論板數(shù)⑻因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以q=1，根據(jù)恩特伍德公式⑻，用牛頓迭代法⑻計(jì)算算出：1-q=0R=9.341M按R=1.3RM所以：R=5.1661N=43.6M據(jù)吉利蘭關(guān)系式得出：Y=0.75-0.75Xo.5668X=R1-R/R+1Y=N-N/N+1MM則：N=78.4B、實(shí)際塔板數(shù)根據(jù)篩板塔的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，全塔效率為70—80%，我們?nèi)?5%實(shí)際塔板數(shù)：N=78.4/0.75=1041C、加料板位置的確定在泡點(diǎn)進(jìn)料的情況下，可以應(yīng)用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定精餾段和提餾段的板數(shù)。具體如下：m+n=N[11]1式中：m一提餾段塔板數(shù)；n一精餾段塔板數(shù)。D=46.02kmol/h、w=44.0413kmol/hX=0.4887X=0.4443X=0.0024X=0.0027hF IF hD 1Wn/m=[(44.0413/46.02)(0.4887/0.4443)(0.0027/0.002