苯乙烯的合成

摘要本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)50萬(wàn)噸苯乙烯（SM）工藝設(shè)計(jì)。主要是對(duì)苯乙烯生產(chǎn)工藝的研究，本文對(duì)我國(guó)苯乙烯工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，SM的性質(zhì)及用途，發(fā)展進(jìn)程，以及苯乙烯的生產(chǎn)方法都做了敘述。并且對(duì)苯乙烯的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述，還就生產(chǎn)苯乙烯的工藝選擇，原理方法，工藝選擇的必要性以及苯乙烯的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的概述。在確定苯乙烯生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，設(shè)備選型等。討論了生產(chǎn)安全的相關(guān)問(wèn)題與三廢的排出和處理方案。最后在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，希望本設(shè)計(jì)能夠?yàn)楸揭蚁┥a(chǎn)工藝的創(chuàng)新和改進(jìn)有所幫助。關(guān)鍵詞：苯乙烯；脫氫；精餾；物料衡算；熱量衡算；三廢處理AbstractThedesignisanannualoutputof500000tonsofstyrene(SM)processdesign.Researchismainlyforstyreneproductionprocess,theproductiontechnologyofstyreneinChinaindustry,propertiesanduses,SMdevelopmentprocess,andaprocessfortheproductionofstyrenearedescribed.Theproductionandapplicationofstyrenearebrieflydescribed,processselection,alsoontheproductionofstyreneprinciple,factorsnecessaryprocessselectionandeffectofstyreneisoutlinedindetail.Thestyreneproductionprocessisthemainequipmentforthematerialbalance,heatbalance,equipmentselection,etc...Dischargeandtreatmentschemeisdiscussedissuesrelatedtoproductionsafetyandwaste.Finally,onthebasisofabovecontentrenderingprocessflowchartwithcontrolpoints,Ihopethisdesigncanhelpforstyreneproductionprocessinnovationandimprovement.Keywords:Styrene;Dehydrogenation;Distillation;Materialbalance;Heatbalance;Wastetreatment目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II目錄 III第一章 綜述 -1 -\o"CurrentDocument"1.1 苯乙烯的性質(zhì)和用途 -1 -\o"CurrentDocument"1.2 原料的性質(zhì)、用途 -1 -1.2.1乙苯的性質(zhì) -1 -1.2.2乙苯的主要用途 -2 -\o"CurrentDocument"1.3 苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 -2 -1.3.1乙苯脫氫法 -2 -\o"CurrentDocument"1.3.2新工藝進(jìn)展 -4 -\o"CurrentDocument"1.4苯乙烯的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) -5-全球產(chǎn)業(yè)環(huán)境 -5 -國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)狀 -5 -\o"CurrentDocument"1.4.3消費(fèi)結(jié)構(gòu) -6 -1.4.4國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) -6 -\o"CurrentDocument"生產(chǎn)工藝的反應(yīng)歷程 -6 -1.5.1反應(yīng)方程式 -6 -\o"CurrentDocument"1.5.2反應(yīng)過(guò)程 -7 -1.5.3生產(chǎn)方式的選取 -8 -\o"CurrentDocument"生產(chǎn)工藝說(shuō)明 -8 -\o"CurrentDocument"1.6.1生產(chǎn)任務(wù) -8 -1.6.2生產(chǎn)方法的確定 -8 -\o"CurrentDocument"1.6.3生產(chǎn)控制參數(shù)及具體操作 -9 -第二章 主要設(shè)備物料衡算 - 11 -2.1 主要設(shè)備物料衡算 - 11 -計(jì)算依據(jù) - 11 -進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算 -12 -2.1.3 冷凝油水分離階段的物料衡算 -13-2.1.4 粗餾塔的物料衡算 -14-2.1.5 乙苯塔的物料衡算表 -14-2.1.6 苯乙烯精餾塔的物料衡算 -14-2.1.7 苯甲苯的物料衡算 -15-第三章 主要設(shè)備熱量衡算 -16-熱量衡算 -16-3.1.1能量守恒定律 -16-熱量計(jì)算 -16-熱量衡算表 -18-3.2苯/甲苯精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 -19-精餾塔的物料衡算 -19-精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 -20-篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 -21-苯乙烯精餾塔的設(shè)計(jì) -23-原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 -24-原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 -24-物料衡算 -24-冷凝器的設(shè)計(jì) -24-油水分離器 -25-過(guò)熱蒸汽爐 -26-第四章 “三廢”處理和安全事項(xiàng) -27-廢水 -27-廢氣 -27-廢渣 -27-副產(chǎn)品處理一覽表 -27-廢物處理一覽表 -27-安全事項(xiàng) -28-參考文獻(xiàn) -29-結(jié)束語(yǔ) -30-致謝 -31-附錄 -32-第一章綜述苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯，分子式CH，結(jié)構(gòu)式CHCHCH是不飽和芳烴最簡(jiǎn)單、最重要的成員，88652廣泛用作生產(chǎn)塑料和合成橡膠的原料。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（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(wú)色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于水，25°C時(shí)其溶解度為0.066%。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0.1ml/L。濃度過(guò)高、接觸時(shí)間過(guò)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1.1?6.01%（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(lèi)。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對(duì)稱(chēng)取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。在高于100C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。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。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。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。世界苯乙烯生產(chǎn)能力在1996年已達(dá)1900萬(wàn)噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為2150?2250萬(wàn)噸。原料的性質(zhì)、用途1.2.1乙苯的性質(zhì)乙苯是無(wú)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)弱及反應(yīng)條件的不同而異。在強(qiáng)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(yīng)條件氧化，則生成苯乙酮。

表1.1乙苯的其它性質(zhì)序號(hào)常數(shù)名稱(chēng)計(jì)量單位常數(shù)值備注1分子量106.162液體比重0.8820C3沸點(diǎn)°C136.2101325Pa4熔點(diǎn)°C-94.4101325Pa5液體熱容量kJ/（kgK）1.754298.15K6蒸汽熱容量Kcal/（kgK）0.28527C7蒸發(fā)熱kJ/mol35.59正常沸點(diǎn)下8液體粘度104kgSee/M20.67920C9生成熱Kcal/mol2.9820C10在水中溶解度11燃燒熱Kcal/mol1101.1氣體12閃點(diǎn)C1513自然點(diǎn)1=1 八、、C553.014爆炸范圍%（體積）2.3?7.4122乙苯的主要用途乙苯是一個(gè)重要的中間體，主要用來(lái)生產(chǎn)苯乙烯其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同時(shí)它又是制藥工業(yè)的主要原料。苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展目前，世界上苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有乙苯脫氫法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯（PO/SM）聯(lián)產(chǎn)法、熱解汽油抽提蒸餾回收法以及丁二烯合成法等。1.3.1乙苯脫氫法乙苯脫氫法是目前國(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%。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，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Fina/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。一開(kāi)始采用的是鋅系、鎂系催化劑，以后逐漸被綜合性能更好的鐵系催化劑所替代。目前，國(guó)外苯乙烯催化劑主要有南方化學(xué)集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的Styromax-1、Styromax-2、Styromax-4以及Styromax-5型催化劑；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)催化劑公司推出的C-025HA、C-035、C-045型催化劑；德國(guó)BASF公司開(kāi)發(fā)的S6-20、S6-20S、S6-28、S6-30催化劑；Dow化學(xué)公司開(kāi)發(fā)出的D-0239E型絕熱型催化劑等。我國(guó)從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始進(jìn)行與乙苯脫氫工藝相配套的催化劑研究。目前開(kāi)發(fā)成功的催化劑主要有蘭州石油化工公司研究院的315、335、345、355系列催化劑；廈門(mén)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的XH、DC系列以及中國(guó)石化集團(tuán)公司上海石油化工研究院的GS系列催化劑等。蘭州石化分公司研究院還從催化劑配方和制備工藝入手，開(kāi)發(fā)出了以鐵-鉀-鈰-鉬-鎂為主要體系的低鉀型乙苯脫氫催化劑。除了常見(jiàn)的圓柱型催化劑外，蘭州化學(xué)工業(yè)公司最近還成功地將三葉型催化劑用于苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)上。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。乙苯脫氫催化劑最初采用鋅系、鎂系催化劑，以后逐漸被綜合性能更好的鐵系催化劑所替代。生產(chǎn)苯乙烯催化劑主要有南方化學(xué)集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的Styromax-1、Styromax-2、Styromax-4以及Styromax-5型催化劑；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)催化劑公司推出的C-025HA、C-035、C-045型催化劑；德國(guó)BASF公司開(kāi)發(fā)的S6-20、S6-20S、S6-28、S6-30催化劑；陶氏化學(xué)開(kāi)發(fā)出的D-0239E型絕熱型催化劑等。在反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面，華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)出軸徑向反應(yīng)器和氣-氣快速混合兩大關(guān)鍵技術(shù)，突破了國(guó)外技術(shù)的壟斷。（2）乙苯氧化脫氫技術(shù)該技術(shù)采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。典型的生產(chǎn)工藝有乙苯脫氫選擇性氧化技術(shù)（Styro-Plus工藝）和苯乙烯單體先進(jìn)反應(yīng)器技術(shù)（Smart工藝）。該工藝于20世紀(jì)90年代初期開(kāi)發(fā)成功，是UOP公司開(kāi)發(fā)的乙苯脫氫選擇性氧化技術(shù)（Styro-Plus工藝）與Lummus、Monsanto以及UOP三家公司開(kāi)發(fā)的Lummus/UOP乙苯絕熱脫氫技術(shù)的集成。該工藝是在原乙苯脫氫工藝的基礎(chǔ)上，向脫氫產(chǎn)物中加入適量氧或空氣，使氫氣在選擇性氧化催化劑作用下氧化為水，從而降低了反應(yīng)物中的氫分壓，打破了傳統(tǒng)脫氫反應(yīng)中的熱平衡，使反應(yīng)向生成物方向移動(dòng)?！癝mart”藝流程與Lummus/UOP苯乙烯工藝流程基本相同，但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有較大的差別，主要是在傳統(tǒng)脫氫反應(yīng)器中增加了氫氧化反應(yīng)過(guò)程。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)。在脫氫反應(yīng)條件為620-645°C、壓力0.03-0.13MPa、蒸汽/乙苯質(zhì)量為1-2:1時(shí)，乙苯轉(zhuǎn)化率為85%，苯乙烯選擇性為92%-96%。目前，世界上有5套苯乙烯生產(chǎn)裝置采用乙苯氧化脫氫工藝進(jìn)行生產(chǎn)，另外一些新建生產(chǎn)裝置大都準(zhǔn)備采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)。新工藝進(jìn)展（1） 熱解汽油抽提蒸餾回收法GT-苯乙烯工藝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，從粗熱解汽油中回收苯乙烯，提純后苯乙烯純度為99.9%，含苯基乙炔＜50yg/g。據(jù)估算，1套以石腦油為裂解原料的30.0萬(wàn)t/a乙烯裝置大約年可回收1.5萬(wàn)噸苯乙烯。STAR-TEC工藝該工藝由荷蘭帝斯曼開(kāi)發(fā)，采用萃取精餾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從裂解汽油中分離苯乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)。該工藝分為4個(gè)單元：①預(yù)處理單元，將原料中比C8重的和比C4輕的組分分離出去；②萃取精餾單元，采用特殊的溶劑萃取精餾苯乙烯；③溶劑回收再生單元；④苯乙烯精制單元，主要是對(duì)苯乙烯進(jìn)行脫色處理。（2） 丁二烯合成路線(xiàn)陶氏化學(xué)以負(fù)載在Y-沸石上的銅為催化劑，丁二烯在1.8MPa和100C下，在裝有催化劑的固定床上進(jìn)行環(huán)化二聚，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。VCH的轉(zhuǎn)化率約為90%，苯乙烯的選擇性為90%，副產(chǎn)物為乙苯、苯甲醛、苯甲酸和二氧化碳。（3） 苯和乙烯直接合成路線(xiàn)由日本旭化成最新開(kāi)發(fā)成功，苯和乙烯的氣相混合物在含有HZSM-5沸石催化劑的存在下，在490C的反應(yīng)溫度下，在含有氫分離膜的反應(yīng)器中經(jīng)過(guò)處理，得到選擇性達(dá)93%的苯乙烯。該反應(yīng)器內(nèi)的氫分離膜是由鍍鉑燒結(jié)管制得。該公司開(kāi)發(fā)的另一種直接制苯乙烯的技術(shù)是在含有氫滲透膜的反應(yīng)器中，使苯和乙烯在氣相條件下與沸石催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)合成苯乙烯。該工藝中的沸石催化劑是用元素周期表中III-V族中的至少1種金屬交換的。苯和乙烯在裝有氫滲透膜的反應(yīng)器中在鋅交換的Na型ZSM-5催化劑存在下，于500C反應(yīng)，苯乙烯選擇性為89%，乙烯轉(zhuǎn)化率為88%。此工藝仍處于實(shí)驗(yàn)階段，距離工業(yè)化應(yīng)用尚有許多工作要做。除此之外，其它尚在開(kāi)發(fā)中的苯乙烯合成工藝還包括甲苯甲醇合成法、乙烯-苯直接偶合法、苯乙酮法、甲苯二聚法以及甲苯和合成氣反應(yīng)法等。苯乙烯的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)由于PS和ABS樹(shù)脂等下游產(chǎn)品消費(fèi)的強(qiáng)勁拉動(dòng)，近年來(lái)世界苯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展很快。2000年世界苯乙烯的生產(chǎn)能力只有2324.1萬(wàn)噸，2005年增加到2745.0萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)4.90%。美國(guó)萊昂德?tīng)柣瘜W(xué)公司是世界上最大的苯乙烯生產(chǎn)廠(chǎng)家，生產(chǎn)能力達(dá)到126.0萬(wàn)噸約占世界生產(chǎn)能力的4.59%。苯乙烯下游衍生物主要是合成樹(shù)脂，其用途可代替天然材料，被廣泛的用于電子工業(yè)、汽車(chē)行業(yè)和日用輕工產(chǎn)品等領(lǐng)域。我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代末。采用傳統(tǒng)的三氯化鋁液相烷基化工藝，建成一套5000噸/年苯乙烯生產(chǎn)裝置，以后又陸續(xù)建成幾套生產(chǎn)裝置，但大都生產(chǎn)規(guī)模小，能耗和物耗較高，產(chǎn)量低，因而發(fā)展緩慢。1.4.1全球產(chǎn)業(yè)環(huán)境2009年世界苯乙烯產(chǎn)能約3535萬(wàn)噸/年，主要分布在亞太、西歐和北美地區(qū)，其中亞洲地區(qū)1889萬(wàn)噸/年，約占53.4%；西歐地區(qū)692.7萬(wàn)噸/年，約占20%；北美地區(qū)653.6萬(wàn)噸/年，約占18%。2009年世界苯乙烯消費(fèi)量為2836萬(wàn)噸，其中亞洲（不含我國(guó)）占32%，我國(guó)占21%，北美占19%，西歐占19%，中/南美占4%，中/東歐占4%。亞洲，尤其是我國(guó)，是最主要的凈進(jìn)口地區(qū)，但消費(fèi)量較小，進(jìn)口數(shù)量也較少。中東及北美地區(qū)仍是最主要的凈出口地區(qū)，西歐也略有凈出口量，但量不大。隨著亞洲及中東地區(qū)苯乙烯新建裝置的不斷投產(chǎn)，拉動(dòng)全球苯乙烯裝置產(chǎn)能增速達(dá)5.4%，產(chǎn)量增速為4%，需求增速為3.9%。預(yù)計(jì)2011-2016年，全球苯乙烯的供需還將保持繼續(xù)增長(zhǎng)，但增速明顯低于前5年，能力年均增速降至1.3%，而產(chǎn)量及需求的年均增速為2%。預(yù)計(jì)2016年全球苯乙烯的生產(chǎn)能力將達(dá)3959萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量及需求量均為3476萬(wàn)噸。目前苯乙烯世界產(chǎn)能已超過(guò)需求量，而且世界產(chǎn)能及消費(fèi)量增長(zhǎng)趨勢(shì)已逐漸放緩。1.4.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的苯乙烯裝置基本上都是采用國(guó)外先進(jìn)的成熟技術(shù)，技術(shù)水平較高，如中海殼牌裝置采用殼牌公司第三代SM/PO聯(lián)產(chǎn)技術(shù)；部分采用國(guó)內(nèi)的自主技術(shù)，如海南實(shí)華嘉盛化工有限公司的催化干氣制乙苯技術(shù)，是采用大連化學(xué)物理研究所與撫順石油二廠(chǎng)研究開(kāi)發(fā)的第三代催化干氣制乙苯技術(shù)，它相比用純乙烯與苯合成乙苯工藝的成本要低6.2%。他們研制成功的兩種新型分子篩催化劑具有低溫活性高、選擇性好和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，用于固定床和催化蒸餾反應(yīng)工藝中，可大大降低反烴化和烴化的反應(yīng)溫度，顯著提高乙苯產(chǎn)品的

質(zhì)量。其技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)先進(jìn)水平。另外，山東菏澤玉皇化工有限公司新投產(chǎn)了我國(guó)首套大型乙醇直接烴化制苯乙烯裝置。該方法為沒(méi)有乙烯資源的企業(yè)生產(chǎn)苯乙烯提供了一條新路線(xiàn)。與傳統(tǒng)乙烯法工藝相比，新工藝的烴化產(chǎn)物中的重組分較少，烴化液中乙苯得率在20%?15%；苯塔頂幾乎不排放烴化尾氣。截止2010年5月我國(guó)苯乙烯的主要生產(chǎn)企業(yè)有20多家，總產(chǎn)能約為526.9萬(wàn)噸/年，約占世界總產(chǎn)能的15%。雖然國(guó)際市場(chǎng)苯乙烯產(chǎn)能有所富裕，但是國(guó)內(nèi)苯乙烯的產(chǎn)量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求，產(chǎn)能、消費(fèi)量及進(jìn)口量均增長(zhǎng)明顯，自給率維持在40%左右，市場(chǎng)缺口約為320萬(wàn)噸左右，并呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)苯乙烯市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿^大。1.4.3消費(fèi)結(jié)構(gòu)我國(guó)苯乙烯主要用于生產(chǎn)PS、ABS/SAN、不飽和聚酯樹(shù)脂、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等。其中，PS為苯乙烯最主要的下游產(chǎn)品，約占苯乙烯消費(fèi)量的50%。受?chē)?guó)家各類(lèi)扶持政策影響，國(guó)內(nèi)苯乙烯下游PS、ABS、丁苯橡膠等生產(chǎn)企業(yè)于2009年經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)期的困境，從而增加了對(duì)苯乙烯的消費(fèi)。2009年，我國(guó)苯乙烯下游對(duì)苯乙烯需求量達(dá)到了640萬(wàn)噸左右，較2008年同期有較大增長(zhǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)的好轉(zhuǎn)，苯乙烯需求將繼續(xù)上升。1.4.4國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)（1） 苯乙烯下游市場(chǎng)需求對(duì)苯乙烯的價(jià)格的變化起著重要的作用，特別是PS/ABS等行業(yè)對(duì)苯乙烯價(jià)格變化影響較大。（2） 由于國(guó)內(nèi)苯乙烯自給率較低，大量產(chǎn)品進(jìn)口，因此國(guó)內(nèi)苯乙烯價(jià)格在一定程度上受到國(guó)際苯乙烯價(jià)格的影響。（3） 從全球苯乙烯的產(chǎn)能增長(zhǎng)情況與下游需求情況來(lái)分析，全球需求最旺。增長(zhǎng)最快跌的市場(chǎng)集中在我國(guó)大陸。因此，我國(guó)大陸是未來(lái)幾年最具潛力的市場(chǎng)，而供應(yīng)的增長(zhǎng)也恰恰集中在該區(qū)域。該區(qū)域不僅占有高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求優(yōu)勢(shì)，而且能保證系列原料供應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定，以此可以推斷，未來(lái)幾年我國(guó)苯乙烯市場(chǎng)的變化格局將會(huì)直接影響全球市場(chǎng)。生產(chǎn)工藝的反應(yīng)歷程1.5.1反應(yīng)方程式CH＜催化劑＞1.5.1反應(yīng)方程式CH＜催化劑＞25除脫氫反應(yīng)外，同時(shí)發(fā)生一系列副反應(yīng)，副產(chǎn)物甲苯、甲烷、乙烷、焦油等；CHCHTCH+CH65256624CHCH+HTCHCH+CH652526524CHCH+HTCH+CH652526626CHCHT8C+5H6 52 5 2CHCH+16HOT8CO+21H6 52 5 2 2 2為了減少在催化劑上的結(jié)炭，需要在反應(yīng)器進(jìn)料中加入高溫水蒸氣，從而發(fā)生下述反應(yīng)：C+HOTCO+2H222脫氫反應(yīng)式1mol乙苯生成2mol產(chǎn)品（苯乙烯和氫氣），因此加入蒸氣也可使苯乙烯在系統(tǒng)中的分壓降低，有利于提高乙苯的轉(zhuǎn)化率。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。反應(yīng)過(guò)程（1）脫氫過(guò)程在脫氫反應(yīng)器中，苯乙烯的產(chǎn)率與水蒸氣用量和反應(yīng)溫度有關(guān)。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。將原料中的水蒸氣（按比例過(guò)量）有助于反應(yīng)向右移，也要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。（2）冷凝過(guò)程在冷凝器中，將脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物冷凝，降低其溫度。（3） 油水分離過(guò)程冷凝后，因反應(yīng)中的水蒸氣變?yōu)樗?，通過(guò)氣體壓縮機(jī)和油水分離器，將有機(jī)相和水分離。（4） 多塔分離過(guò)程油水分離的有機(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)入乙苯塔、苯乙烯精餾塔、苯甲苯塔，將依次它們分離出來(lái)，把分離出來(lái)的乙苯送回脫氫反應(yīng)器，使其循環(huán)。1.5.3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。全間歇與半間歇(統(tǒng)稱(chēng)間歇式操作)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種容易；其缺點(diǎn)是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。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(xiàn)生產(chǎn)能力為2-10萬(wàn)噸/年。半連續(xù)操作與連續(xù)操作相比設(shè)備費(fèi)用較少，操作較簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種較容易，但產(chǎn)品質(zhì)量不如連續(xù)操作穩(wěn)定，與間歇操作相比，生產(chǎn)規(guī)模更大，勞動(dòng)生產(chǎn)率也更高，用與較大規(guī)模的品種生產(chǎn)，一般為1-2萬(wàn)噸/年。由于苯乙烯用量很大，需連續(xù)化大生產(chǎn)。采用連續(xù)式操作比較有利。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)50萬(wàn)噸。取年工作日為300天，則每晝夜生產(chǎn)能力為1666.6x103kg。每日生產(chǎn)能力同樣為1666.6x103kg苯乙烯，這樣的規(guī)模采用連續(xù)操作是比較合理的。1.6生產(chǎn)工藝說(shuō)明1.6.1生產(chǎn)任務(wù)年產(chǎn)50萬(wàn)噸精苯乙烯，純度〉9.8%。1.6.2生產(chǎn)方法的確定本工藝參照魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，采用低活性、高選擇性催化劑，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯⑴。魯姆斯(Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。乙苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來(lái)使并維持催化劑處于適當(dāng)?shù)难趸癄顟B(tài)。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。高溫、高壓蒸汽稀釋和低反應(yīng)系統(tǒng)壓力能提供良好的反應(yīng)平衡曲線(xiàn)，對(duì)乙苯(EB)轉(zhuǎn)化為苯乙烯(SM)有利，在有兩個(gè)絕熱反應(yīng)器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯(EB)的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70%?85%。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。熱反應(yīng)產(chǎn)物在一個(gè)熱交換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣(主要是氫氣)壓縮后，經(jīng)回收烴類(lèi)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)。在脫水有機(jī)混合物（DM）（苯乙烯、未反應(yīng)乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一種不含硫的阻聚劑（NSI）以減少聚合而損失苯乙烯（SM）單體，然后在乙苯/苯乙烯單體（EB/SM）分餾塔進(jìn)行分離，塔頂輕組分（EB及輕組分（苯/甲苯）從塔頂取得）去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應(yīng)器原料中。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。生產(chǎn)控制參數(shù)及具體操作（1）溫度控制在600°C左右，負(fù)壓⑵；多塔投料配比水蒸氣:乙苯=3:1（質(zhì)量比）（2）溫度、壓強(qiáng)和時(shí)間脫氫分離控制在常溫，常壓。（3）催化劑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，使反應(yīng)更好的發(fā)生，有利于苯乙烯的生成。（4） 阻聚劑在苯乙烯工藝中，需要阻聚劑的有兩個(gè)地方：一是苯乙烯精餾系統(tǒng)，二是苯乙烯產(chǎn)品貯存系統(tǒng)。在精餾塔中，苯乙烯處于120C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20C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。由于溫度存在著很大的不同，對(duì)阻聚劑的要求也不一樣，所以，在蒸餾塔中使用無(wú)硫阻聚劑（2、4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）俗稱(chēng)NSI）,在苯乙烯貯存系統(tǒng)中使用4-叔丁基鄰苯二酚（TBC）。（5） 生產(chǎn)苯乙烯的工藝流程乙苯在水蒸氣存在下催化脫氫生成苯乙烯，是在段間帶有蒸汽再熱器的兩個(gè)串聯(lián)的絕熱徑向反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)所需熱量由來(lái)自蒸汽過(guò)熱爐的過(guò)熱蒸汽提供。在蒸汽過(guò)熱爐（1）中，水蒸氣在對(duì)流段內(nèi)預(yù)熱，然后在輻射段的A組管內(nèi)過(guò)熱到880C。此過(guò)熱蒸汽首先與反應(yīng)混合物換熱，將反應(yīng)混合物加熱到反應(yīng)溫度。然后再去蒸汽過(guò)熱爐輻射段的B管，被加熱到815C后進(jìn)入一段脫氫反應(yīng)器（2）。過(guò)熱的水蒸氣與被加熱的乙苯在一段反應(yīng)器的入口處混合，由中心管沿徑向進(jìn)入催化劑床層?；旌衔锝?jīng)反應(yīng)器段間再熱器被加熱到631C，然后進(jìn)入二段脫氫反應(yīng)器。反應(yīng)器流出物經(jīng)廢熱鍋爐（4）換熱被冷卻回收熱量，同時(shí)分別產(chǎn)生3.14MPa和0.039MPa蒸汽。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻降溫后，送入分離器（5）和（7），不凝氣體（主要是氫氣和二氧化碳）經(jīng)壓縮去殘油洗滌塔（14）用殘油進(jìn)行洗滌，并在殘油汽提塔（11）中用蒸汽汽提，進(jìn)一步回收苯乙烯等產(chǎn)物。洗滌后的尾氣經(jīng)變壓吸附提取氫氣，可作為氫源或燃料。反應(yīng)器流出物的冷凝液進(jìn)入液相分離器（6），分為烴相和水相。烴相即脫氫混合液（粗苯乙烯）送至分離精餾部分，水相送工藝?yán)淠崴?6），將微量有機(jī)物除去，分離出的水循環(huán)使用［3］。苯乙烯流程見(jiàn)附錄第二章主要設(shè)備物料衡算2.1主要設(shè)備物料衡算根據(jù)以上物料衡算，物料流程見(jiàn)圖2.1(kg/h)乙茉B2Z13水蒸汽258580氧氣111088188.472300169.111255乙茉塔乙茉B2Z13水蒸汽258580氧氣111088188.472300169.111255乙茉塔816S.4T2300i関.1112552Y10761022.4勸■甲苯甲苯169.1苯 血蕓乙席精僭塔茉乙烯6936.9圖2.1物料流程圖2.1.1計(jì)算依據(jù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為50萬(wàn)噸/年。開(kāi)工因子=生產(chǎn)裝置開(kāi)工時(shí)間/年自然時(shí)間。為了充分利用設(shè)備，開(kāi)工因子應(yīng)取的較大，接近1,但又不能等于1。因?yàn)檫€要考慮到設(shè)備的檢修以及開(kāi)停車(chē)等情況。開(kāi)工因子一般取為0.7?0.8。全年365天，則年生產(chǎn)250?300天；因此除去季保養(yǎng)、月保養(yǎng)、修理、放假等總計(jì)65無(wú)則年工作日為(365-65)天=300天。定每天生產(chǎn)為1批料，每小時(shí)生產(chǎn)為1班。可知每批料的生產(chǎn)能力為(500000x103/300)kg/天=1666.6x103kg/天。以此作為物料衡算的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)研究系統(tǒng)做物料衡算，可用下式表示:=工G+ZG+ZG出 損 積式中工G—輸入物料量總和;進(jìn)工G—離開(kāi)物料量總和；出工G一總的損失量；損工G—系統(tǒng)中積累量。積進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算投料量計(jì)算對(duì)連續(xù)生產(chǎn)可確定計(jì)算基準(zhǔn)為Kg/批，則需計(jì)算每批產(chǎn)量及原料投料量。乙苯的脫氫反應(yīng)(見(jiàn)反應(yīng)歷程)其中原料規(guī)格：乙苯(99.6%) 水蒸氣(95%)原料乙苯含甲苯0.02%、含苯0.014%，含焦油0.006%。原料水蒸氣含5%的雜質(zhì)氣體。每批產(chǎn)苯乙烯：G=1666.6Kgs投料比：水蒸氣:乙苯=3:1(質(zhì)量比) 轉(zhuǎn)化率：脫氫過(guò)程為90%分離率：多塔分離過(guò)程為98%每班理論投料乙苯量：G]=(1666.6/24xl03xl06.16)/(104.15x90%x98%x98%)=8.1884xl04Kg每班理論投水蒸氣量：G=3x8.1884x104=24.565x104Kg2每批原料實(shí)際投入量：G=(8.1884x104/0.996)Kg=8.2213x104KgG=(24.565x104/0.95)Kg=25.585x104Kg2雜質(zhì)：G=(25.585-24.565)x104Kg+(8.2213-8.1884)x104Kg=1.3259x104Kg3催化劑的量：G4=(25.585+8.2213)x104x0.3%Kg=1.3259x103Kg脫氫過(guò)程計(jì)算 轉(zhuǎn)化率為：90%苯乙烯的產(chǎn)量G=(8.1884x104x104.15x90%)/106.16Kg=7.23x104Kg5氫氣的產(chǎn)量：G=(8.1884x104x90%x2)/106.15Kg=1.3885x103Kg6氧氣的加入量：G=(0.5x32x1.3885x103)/2=1.1108x103Kg7乙苯剩余量：G=8.1884x104x(1－90%)=8.1884x103Kg8生成水G=(1.3885x103x18)/2=1.2496x104Kg9進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算見(jiàn)表2.1：

表2.1進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg1乙苯（99.6%）822131乙苯（100%）8188.42水蒸汽（95%）2585802水蒸汽2585803氧氣111083水蒸汽124964催化劑1022.44苯乙烯723005甲苯169.16苯1127焦油558催化劑1022.4總計(jì)352923總計(jì)3529232.1.3冷凝油水分離階段的物料衡算脫氫結(jié)束后用冷凝器加以冷凝，除去水，溫度必須控制在20°C左右。進(jìn)出冷凝油水分離器的物料量如下表2.2：表2.2進(jìn)出冷凝油水分離器的物料衡算表（Kg/批）輸入 輸出質(zhì)量序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱(chēng)Kg1乙苯8188.41乙苯8188.42苯乙烯723002苯乙烯723003甲苯169.1有機(jī)層3甲苯169.14苯1124苯1125焦油555焦油556水蒸汽2710766水271076無(wú)機(jī)層7催化劑1022.47催化劑1022.4總計(jì)352923總計(jì)352923

2.1.4粗餾塔的物料衡算將有機(jī)相加入粗餾塔中進(jìn)行分離，同時(shí)加入阻聚劑防止苯乙烯聚合。加入阻聚劑的量為：（8188.4+72300+169.1+112+55）x0.3%=242.45Kg粗餾塔的物料衡算結(jié)果如下表2.3：表2.3粗餾塔的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg1乙苯8188.4乙苯8188.42苯乙烯72300塔頂甲苯169.13甲苯169.1苯1124苯112苯乙烯723005焦油55塔底焦油556阻聚劑242.45阻聚劑242.45總計(jì)81066.95總計(jì)81066.952.1.5乙苯塔的物料衡算表將粗餾塔塔頂?shù)奈锪霞尤氲揭冶剿?，進(jìn)行分離。物料衡算結(jié)果如下表2.4表2.4乙苯塔的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg1乙苯8188.4甲苯169.12甲苯169.1塔頂苯1123苯1124塔底乙苯1637.68總計(jì)8469.5總計(jì)8469.52.1.6苯乙烯精餾塔的物料衡算將粗餾塔塔底的物料加到苯乙烯的精餾塔中進(jìn)行分離，進(jìn)一步濃縮苯乙烯的濃度。苯乙烯精餾塔衡算表如下表2.5：

表2.5苯乙烯精餾塔的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg1苯乙烯723002焦油55塔頂苯乙烯723003阻聚劑242.45焦油55塔底阻聚劑 242.45總計(jì)72597.45總計(jì)總計(jì)72597.45總計(jì)72597.452.1.7苯/甲苯的物料衡算將乙苯塔塔頂?shù)奈锪纤偷奖郊妆剿?，進(jìn)行分離。計(jì)算結(jié)果如下表2.6：表2.6苯/甲苯塔的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱(chēng)質(zhì)量Kg1苯112塔頂苯1122甲苯169.1塔底甲苯169.1總計(jì)281.1總計(jì)281.1第三章主要設(shè)備熱量衡算和設(shè)計(jì)3.1熱量衡算3.1.1能量守恒定律熱量衡算按能量守恒定律，在無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量與離開(kāi)熱量應(yīng)該平衡，在實(shí)際中對(duì)傳熱設(shè)備的衡算可由下式表示Q+Q+Q二Q+Q+Q （1—1）123456式中：Q—所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量；1Q—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，2冷卻劑吸收熱量為“-”），KJ；Q—過(guò)程的熱效率，（符號(hào)規(guī)定過(guò)程放熱為“+”；過(guò)程吸熱為“-”）；3Q—反應(yīng)終止時(shí)物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓）；4Q—設(shè)備部件所消耗的熱量，KJ；5Q—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱(chēng)熱損失,KJ；6熱量衡算的基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即對(duì)間歇生產(chǎn)可以以每日或每批處理物料基準(zhǔn)。（計(jì)算傳熱面積的熱負(fù)荷必須以每小時(shí)作為基準(zhǔn)，而該時(shí)間必須是穩(wěn)定傳熱時(shí)間）熱量衡算溫度基準(zhǔn)，一般規(guī)定25°C。從（1—1）式中可得：Q二Q+Q+Q-Q-Q （1—2）2 4 5 6 1 3式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法3.1.2熱量計(jì)算（1）Q和Q的計(jì)算14Q和Q均可以用下式計(jì)算：14Q=工mcT（T）ii12式中：m—反應(yīng)物體系中組分i的質(zhì)量，Kg;ic—組分i在0—TC時(shí)的平均比熱容，KJ/(Kg.°C)或KJ/(Kmol?°C);iT(T)—反應(yīng)物系反應(yīng)前后的溫度，C12Q=(mc+mc+mc)x3731乙苯乙苯水水氮?dú)獾獨(dú)?[(81884xl.738)+(245650x4.2)+(11108x3.5)]x373=452420052.2KJQ=(mc+mc+mc+mc+mc)x3734乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯甲苯甲苯苯苯焦油焦油=[(8188.4x1.859)+(72300x1.555)+(169.1x1.834)+(112x3.5)+(55x1.828)]x333=42774317.87KJQ5的計(jì)算冷凝器帶走的熱量Q=376146336.9KJ5Q6的計(jì)算設(shè)備向四周散失的熱量Q可用下式計(jì)算：6Q=工Axa(T-T)0x10-36w式中A—設(shè)備散熱銘記(mJ；T一設(shè)備外表溫度，°C；wT—環(huán)境介質(zhì)溫度，°C；e—操作過(guò)程持續(xù)時(shí)間(s)；a—對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，W/(m2.°C)當(dāng)空氣做自然對(duì)流，散熱層表面溫度為50?350°C時(shí)，經(jīng)計(jì)算得：A=(8.8x兀x1+2x0.785)+(7.6x兀x1+2x0.785)+(5x兀x1+2x0.785)+(10.0x兀x1+2x0.785)=104.926m2a=8+0.05T=8+0.05x60=11W/(m2?°C)wQ=104.926x11x(100-25)x3x3600x10-36=934890.66KJ過(guò)程效應(yīng)熱Q3的計(jì)算過(guò)程效應(yīng)熱可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是化學(xué)過(guò)程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)；另一類(lèi)是物理過(guò)程熱效應(yīng)。物料經(jīng)化學(xué)變化過(guò)程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)但本工藝流程中物理過(guò)程熱效應(yīng)較低，可忽略不計(jì)，故過(guò)程熱效應(yīng)可由下式表示：Q二Q+Q3rp式中Q—化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，KJ；rQ—物理過(guò)程熱效應(yīng)，KJ；(可忽略不計(jì))pQ可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱q0計(jì)算：rrQ=(1000G/M)q0rAAr式中q0—標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱，KJ/mol；rG—參與化學(xué)反應(yīng)的A物質(zhì)質(zhì)量，Kg；AM—A物質(zhì)分子量。Aq0二工(q0)-工(q0)rcRcP反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為乙苯(40.219KJ/mol)苯(33.871KJ/mol)甲苯(18.029KJ/mol)q0=(33.871+18.029-40.219)KJ/mol=51.86KJ/molrQ=Q=(1000x72300x51?86/104.15)=36000748?9KJr3(5)熱負(fù)荷Q2的計(jì)算Q=(Q+Q+Q)-(Q+Q)245613=(42774317.87+376146336.9+934890.66)-(452420052.2+36000748.9)=-68565255.67KJ查手冊(cè)得冷卻水得C為4.187KJ/(Kg.°C),則冷卻水的用量：pG=Q/[C(t-1)]=68565255.67/[4.187x(60-25)]=467878.5Kgp出進(jìn)熱量衡算表由能量守恒定律Q+Q+Q=Q+Q+Q，能量衡算結(jié)果見(jiàn)表3.1：1 2 3 4 5 6表3.1熱量衡算表輸入輸出符號(hào)符號(hào)意義結(jié)果KJ/h符號(hào)符號(hào)意義所處理的物料Q1帶入設(shè)備總的452420052.2Q4反應(yīng)終了時(shí)物料的焓42774317.87熱量Q22加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量68565255.67Q55設(shè)備部件所消耗的熱量376146336.9Q3過(guò)程的熱效率36000748.9Q6物理過(guò)程熱效應(yīng)934890.66Qr化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)36000748.9總計(jì)419855545.4419855545.43.2苯甲苯精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算Dx通過(guò)計(jì)算D=1.435kmol/h,一d=耳,設(shè)耳二98%可知原料液的處理量為FxFF=7.325kmol/h，由于每小時(shí)處理量很小，所以先儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐里，等20小時(shí)后再精餾。故D=28.7koml：h,F=146.5kmol/h,組分為x二0.18,要求塔頂餾出液的組成為x二0.90,塔底F D釜液的組成為x二0.01。W設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力:4kPa(塔頂表壓)；進(jìn)料熱狀況:自選；回流比:自選；單板壓降S0.7kPa；全塔壓降:E二52%。T3.2.1精餾塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量 MA二78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量 MB二92.13kg/kmolx=0.18 x=0.90 x=0.01F D W原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量

Mf二0.18x78.11+(l-0.18)x92.13=89.606kg/kmolMD二0.9x78.11+(1-0.9)x92.13=79.512kg/kmolM-MW-0.01x78.11+(1-0.01)x92.13=91.9898kg/kmol(3)物料衡算原料處理量F=146.5kmol/h總物料衡算146.5=D+W苯物料衡算146.5x0.18=0.9xD+0.01xW聯(lián)立解得D=27.89kmol/hW=118.52kmol/h精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算(1)塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為VM— VM— Vm—S3600pVm89.248x81.5863600x2.93—0.690m3/sLM Lm—3600p61.358LM Lm—3600p61.358x82.993600x802.1—0.0017m3,sLm由umaxC式中C由式計(jì)算，其中的C由課本查取，圖的橫坐標(biāo)為見(jiàn)(附錄式中C由式計(jì)算，其中的C由課本查取，圖的橫坐標(biāo)為見(jiàn)(附錄2)20°.0017X3600(爛)—0180.007x3600 2.93取板間距H—0.40m，板上液層高度hL=0.06m，則

TLH-hL =0.40-0.06=0.34mTL查圖(見(jiàn)附錄2)得C=0.07220C—C20/0.2C—C20/0.2—0.07220.41嚴(yán)20丿—0.0723Vu=C^l生=1.196m..sVu=C^l生=1.196m..smax p取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u=0.7u=0.7xl.l96=0.837m/smaxD二沁90二1.02m兀x0.837按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為D=1.2m塔截面積為T(mén)OC\o"1-5"\h\z兀 兀A=—D2=x1.2=0.942m2T4 4實(shí)際空塔氣速為0.693 0 ■u= =0.883ms0.785(2)精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為Z=(N-1)H=(10-1)x0.4=3.6m坐主 坐主 T精 精 T提餾段有效高度為Z=(N-1)H=(15-1)x0.4=5.6m提提T在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為Z=Z+Z+0.8=3.6+5.6+0.8=10m精提篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算塔板壓降1)干板阻力h計(jì)算c干板阻力h由下式計(jì)算，即c(u)2(h=0.051亠c丿I0由d'5=5；3=1.67，查圖得,c=0.7720，0

r11.56丫2.92丿丿L0.772丿1801.1丿=0.0416m液柱故h=0.051c(2)氣體通過(guò)液層的阻力九計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力h1由下式計(jì)算，即h=Bh1LVu= Vu= s——aA—ATf0.6210.785—0.0567=0.853m/sF=0.853、2.92=1.46kg1/2/（M-s"2）0取B=0.61故h=Bh=B(h+h)=0.6K0.047+0.013)=0.0366m液柱1LWow液體表面張力的阻力h由下式計(jì)算，即h= l-5PgdL0h= l-5PgdL0=0.0021m液柱802.1x9.81x0.005氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度h可下式計(jì)算，即ph=h+h+hpc1 5h=0.0416+0.0366+0.0021=0.080m液柱p氣體通過(guò)每層塔板的壓降為AP=hpg=0.08x802.1x9.81=629Pa＜設(shè)計(jì)值700PappL液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算，即eV=液沫夾帶量由下式計(jì)算，即eV=5.7x10-6ru]<H—h‘Tf3.2h=2.5h=2.5x0.06=0.15mfL5.7x105.7x10—6r0.85320.41x10-3（0.40—0.15A3.2=0.014kg液/k氣丿故本設(shè)計(jì)在液沫夾帶在允許的范圍內(nèi)。4漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速U 可由下式計(jì)算，即0，minu =4.4(0.0056+0.13h-h)PJp0，min LG/V=5.985mS實(shí)際孔速u(mài)二11.56m/s011.565.985=11.565.985=1.93>1.5uK=―u0,min故設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高H應(yīng)服從下式的關(guān)系dH“(H+h)dTw苯-甲苯物系屬一般物系，取申二0.5，則申(H+h)=0.5(0.40+0.047)=0.224mTw而H=h+h+hdpLd板上不設(shè)進(jìn)口堰，h可由下式計(jì)算，即dh=0.153(u)2=0.001m液柱d0H=0.08+0.06+0.001=0.141m液柱dH“(H+h)dTw故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。3.3苯乙烯精餾塔的設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算可知原料液的處理量為F=452.02kmol/h，組分為x=0.3，要求塔頂餾出液F的組成為x=0.997,塔底釜液的組成為x=0.001[4]。DW設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力：4kPa(塔頂表壓)；進(jìn)料熱狀況：自選；回流比：自選；單板壓降＜0.7kPa全塔壓降E二52%。T3.3.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯乙烯的摩爾質(zhì)量 M=104.15kg/kmolA焦油的摩爾質(zhì)量(假設(shè)) M二300kg/kmolBx=0.3 x=0.997x=0.001FDW原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M二0.3x104.15+(1-0.3)x300=241.245kg/kmolFM二0.997x104.15+(1-0.997)x300=104.738kg/kmolDM二0.001x104.15+(1-0.001)x300=299.8042kg/kmolB物料衡算原料處理量F=2260.1kmol/h再根據(jù)物料衡算可知，m=72300kg，m二55kg；可見(jiàn)苯乙烯精餾塔中只有微苯乙烯 焦油量的焦油，故可設(shè)定塔高和塔徑：精餾段有效高度Z=(N—1)H=(10-1)x0.4=3.6m精 精 T提餾段有效高度Z=(N—1)H=(5-1)x0.4=1.6m提 提 T在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為Z=Z+Z+0.8=3.6+1.6+0.8=5m塔徑取D=1.2m精提3.4冷凝器的設(shè)計(jì)冷凝器按其制冷介質(zhì)和冷卻方式，可以分為水冷式,空氣冷卻式和蒸發(fā)式三種類(lèi)型。蒸發(fā)式冷凝器主要是利用冷卻水蒸發(fā)時(shí)吸收潛熱而使制冷劑蒸氣凝結(jié)［5］。根據(jù)能量守恒原理，假設(shè)熱損失可忽略不計(jì)，則單位時(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量等冷流體吸收的能量［6］。熱負(fù)荷Q為：Q=Wc(t—t)hpc12

式中c-流體的平均比熱容，KJ/(Kg.°C)；pt—冷流體的溫度，C。Q=376146336.9kJ管殼式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度按逆流計(jì)算，即AtiAtAtiAt-At—2*lAtln2At1(600-100)-(20-10)—500

ln10—125.6C查得A申—0.65，所以At—A申Ati—0.89x125.6—111.784Cmm故S-QMt-黑鵲4-7159-2通過(guò)計(jì)算可知，選用TB4715-92，列管尺寸為直徑19mm；管心距為25mm；管程數(shù)為1;管子總根數(shù)為1267個(gè)；中心排管數(shù)為39個(gè);管程流通面積為0.2239m2列管長(zhǎng)度6000mm，換熱面積446.2m2，所以需要16個(gè)這樣的換熱器⑺。3.5油水分離器重力法脫除水中的油滴其基本原理是利用水與油的密度差，使含油污水中的油滴在設(shè)備中上浮而除去。按照Stokes定律，油滴的脫除效率只與油滴粒徑、油與水物性、處理量和浮升面積有關(guān),而與浮升高度無(wú)關(guān)，這就是所謂的“淺池原理”。根據(jù)“淺池原理”即可以采用低浮升高度的多層板結(jié)構(gòu)，以增大浮升面積，提高油滴脫除效率。而且由于多層板組當(dāng)量直徑的減小，可使液流在較大流量下保持層流狀態(tài)，也有利于油滴的有效分離。但是，在一定的設(shè)備高度內(nèi)，增加多層板層數(shù)、縮短板距，必然帶來(lái)要固定多層板而需的結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜與困難。所以，一般多層板除油裝置板距均較大，且不能十分保證水流分布均勻，其處理效率的提高及設(shè)備的緊湊化，就受到限制。另一種強(qiáng)化途徑是，使含油污水中的細(xì)小油滴通過(guò)聚結(jié)床合并為大油滴，則能使脫油效率得到較大的提高，這就是油滴的聚結(jié)。但采用聚結(jié)技術(shù)，也有限制，即流速要在一定范圍內(nèi)，且不但需要另外的浮升分離空間，還需定期反洗，增加了投資和操作費(fèi)用。本高效油水分離器，正是將“淺池原理”和“聚結(jié)技術(shù)”結(jié)合起來(lái)，用特殊的內(nèi)部分離構(gòu)件和配置，保證了在一定設(shè)備容積內(nèi)，可提供最大的油滴浮升面積，以及盡可能多的油滴聚結(jié)機(jī)會(huì)，并使得水中油滴在浮升中聚結(jié)，在聚結(jié)中浮升，且內(nèi)部液流分布均勻，防止了液流的短路與溝流，故在較短的停留時(shí)間內(nèi)，可獲得較高的脫油效率［8］。高效油水分離器為一水平放置的臥式容器，主要由進(jìn)水部分、出水部分、集油室和由斜通道波紋板構(gòu)成的主體板組等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：可以采用盡可能小的板距而無(wú)需固定支撐構(gòu)件，從而在一定高度設(shè)備內(nèi)，有更多的油滴浮升分離層，保證了在較短的停留時(shí)間內(nèi)，可脫除較小的油滴，得到較高的脫油效率；多層板組的當(dāng)量直徑較小，可在較大流速下，保持層流狀態(tài)，避免了高處理量下湍流對(duì)油滴浮升所帶來(lái)的不利影響；由于斜通道波紋板一正一反迭放的特殊配置方式，整個(gè)板組內(nèi)形成相互連接的之字形通道，水流在三維方向上不斷改變方向，這就為油滴之間的碰撞聚結(jié)和油滴與構(gòu)件之間的勃附聚結(jié)，提供了更多的機(jī)會(huì)，在整個(gè)板組中，油滴在浮升中聚結(jié)，在聚結(jié)中浮升，更進(jìn)一步促進(jìn)了脫油效率的提高；由于板組之字形通道，也使板組內(nèi)液流分布比較均勻，避免由于液流不均對(duì)脫油帶來(lái)的不利影響；固體懸浮物也有一定的脫除作用；內(nèi)構(gòu)件可采用較薄的碳鋼、鋁、不銹鋼或塑料制造，成本較低，制造、安裝和維護(hù)清洗都很方便；整個(gè)設(shè)備可以做成密閉式，可保證安全和防止二次污染。3.6過(guò)熱蒸汽爐過(guò)熱蒸汽爐的設(shè)計(jì)依據(jù)是按《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件》的規(guī)定,并以“安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境、配套齊全、好用好造”為原則設(shè)計(jì)的。選用HS201或HS219。第四章“三廢”處理和安全事項(xiàng)4.1廢水化工廢水是指化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水