乙苯苯乙烯精餾塔設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)10萬噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)姓名所在系部化學(xué)工程專業(yè)班級(jí)有機(jī)化工指導(dǎo)老師前言本設(shè)計(jì)的內(nèi)容為10萬噸/年乙苯脫氫制苯乙烯裝置，涉及工藝設(shè)計(jì)，設(shè)備設(shè)計(jì)及平面布置圖。本設(shè)計(jì)的依據(jù)是采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝乙苯脫氫反映在絕熱式固定床反映器中進(jìn)行，其特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)55%，選擇性好，可達(dá)90%。特殊的脫氫反映器系統(tǒng)：在低壓（深度真空下）下操作以達(dá)成最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反映產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計(jì)為熱聯(lián)合機(jī)械聯(lián)合裝置。整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機(jī)入口盡也許高壓，同時(shí)維持脫氫反映器盡也許低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時(shí)不損失壓縮能和投資費(fèi)用。所需要的催化劑用量和反映器體積較小，且催化劑不宜磨損，能在高溫高壓下操作，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡樸，選價(jià)便宜。在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟(jì)有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計(jì)可使操作無端障，從而可減少生產(chǎn)波動(dòng).本設(shè)計(jì)裝置重要由脫氫反映和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫。此設(shè)計(jì)過程中，為了計(jì)算方便，忽略了一些計(jì)算過程，故有一定的誤差，另由于計(jì)算時(shí)間比較倉促，有些問題不可以直接解決。設(shè)計(jì)中有不少錯(cuò)誤之處，請指導(dǎo)老師予以批評(píng)指正，多提出寶貴意見。苯乙烯設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)10萬噸苯乙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)原始條件：1、原料組成（質(zhì)量%）組別乙苯99%98%1、2、34、5、6甲苯0.8%1.2%1、2、34、5、6苯0.2%0.8%1、2、34、5、6∑100%100%1、2、34、5、62、操作條件：年工作日：300天，天天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=1/2.6（質(zhì)量比）溫度T：第一反映器進(jìn)口溫度630℃，出口溫度580℃第二反映器進(jìn)口溫度630℃，出口溫度600壓力P：床層平均操作壓力1.5*105Pa（絕）3、選擇性：C8H10→C8H8+H2（1）C8H10→C6H6+C2H4（2）C8H10+H2→C7H8+CH4（3）1、2、3（1）90%（2）3%（3）7%4、5、6（1）92%（2）3%（3）5%4、催化劑條件：（1）采用11#氧化鐵催化劑，d=3mm，h=13mm（2）允許通入乙苯空速為：（0.5~0.9）Nm3乙苯/(m3Cat．h)（3）=1050kg/m3=1500kg/m35、參考數(shù)據(jù)：（1）反映器直徑D=2m（2）取熱損失為反映熱為4%（3）k=exp(11.281-2545/RT)（4）K=exp(15.344-14656.5734/T)（5）Cat的有效系數(shù)η1=0.7η2=0.667（6）填料情況：取瓷環(huán)為25×25的拉西環(huán)，所填高度為250mm，錐形高度為250mm，錐角取900（7）壓力：第一反映器進(jìn)口壓力為1.8*105Pa，出口壓力為1.2*105Pa，平均壓力為1.5*105Pa，壓降ΔP=0.6*105Pa。（8）再沸器：取熱損失為水蒸汽放出熱量的3%，Q蒸汽=Q吸/（1-3%）（9）傳熱面積A：取K=32.12*4.18kJ目錄一、緒論………………………51、原料的性質(zhì)和用途…………52、苯乙烯的性質(zhì)和用途………………………53、苯乙烯各種生產(chǎn)工藝及比較………………64、本工藝設(shè)計(jì)說明……………6二、生產(chǎn)工藝說明……………81、原料、成品及半成品………………………82、主副化學(xué)反映式……………83、生產(chǎn)環(huán)節(jié)……………………84、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì)………………95、反映器設(shè)計(jì)依據(jù)……………106、重要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制……………………107、流程敘述……………………118、工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù)…………13三、物料及熱量衡算…………131、計(jì)算依據(jù)……………………132、物料衡算……………………143、熱量衡算……………………22四、乙苯—苯乙烯精餾塔的計(jì)算……………241、乙苯—苯乙烯塔操作條件的擬定…………242、理論板數(shù)的計(jì)算……………25五、乙苯—苯乙烯塔附屬設(shè)備計(jì)算…………31六、乙苯—苯乙烯塔重要工藝條件一覽表…………………35七、原材料消耗綜合表、排出物表…………36八、生產(chǎn)控制…………………37九、產(chǎn)品消耗定額……………37十、三廢解決…………………37十一、原料、中間產(chǎn)品的分析方法…………38十二、參考文獻(xiàn)………………38一、緒論1、原料的重要性質(zhì)與用途（1）乙苯的重要性質(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)弱及反映條件的不同而異。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映條件氧化，則生成苯乙酮。乙苯的其它性質(zhì)如下表所示：表1序號(hào)1234567891011121314常數(shù)名稱分子量液體比重沸點(diǎn)熔點(diǎn)液體熱容量蒸汽熱容量蒸發(fā)熱液體粘度生成熱在水中溶解度燃燒熱閃點(diǎn)自燃點(diǎn)爆炸范圍計(jì)量單位℃℃kJ/（kgK）Kcal/（kgK）kJ/mol104kgSee/M2Kcal/molKcal/mol℃℃%(體積)常數(shù)值106.1670.882136.2-94.41.7540.28535.590.6792.981101.115553.02.3～7.4備注0101325Pa101325Pa298.15K27正常沸點(diǎn)下20200.015g/100ml(20°C)氣體（2）乙苯的重要用途乙苯是一個(gè)重要的中間體，重要用來生產(chǎn)苯乙烯，另一方面用作溶劑、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)的重要原料。2、苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯（SM）是具有飽和側(cè)鏈的一種簡樸芳烴，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。濃度過高、接觸時(shí)間過長則對人體有一定的危害。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)，反映性能極強(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)送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，它不僅能自聚為聚苯乙烯樹脂，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脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種平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)1900萬噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為2150～2250萬噸。3、各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及比較目前苯乙烯重要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過如下四條工藝路線進(jìn)行。(1)苯乙酮法較早采用苯乙酮法生產(chǎn)苯乙烯，其環(huán)節(jié)重要分為氧化、還原和脫水三步，方程式如下：C6H5C2H5+O2C6H5COCH3+H2OC6H5COCH3+H2C6H5CHOHCH3C6H5CHOHCH3C6H5CHCH2+H2O該法苯乙烯產(chǎn)率為75～80%，略低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率，但中間副產(chǎn)物苯乙酮產(chǎn)值較高，苯乙烯的精制分離較容易。故此法在國外仍有采用。(2)乙苯和丙烯共氧化法本法一方面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(jìn)行環(huán)氧化反映生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物則變?yōu)椋揭掖?，再?jīng)脫水得到苯乙烯，即：C6H5C2H5+O2C6H5CHOOHCH3C6H5CHOOHCH3+CH3CHCH2C6H5CHOHCH3+C3H6OC6H5CHOHCH3C6H5CHCH2+H2O本過程以乙苯計(jì)的苯乙烯產(chǎn)率約為65%，低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率。但它還能生產(chǎn)重要的有機(jī)化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價(jià)值，故目前國外也有采用此法生產(chǎn)的。(3)乙苯氧化脫氫法乙苯氧化脫氫法是目前尚處在研究階段生產(chǎn)苯乙烯的方法。在催化劑和過熱蒸汽的存在下進(jìn)行氧化脫氫反映的，即：2C6H5C2H5+O22C6H5CHCH2+2H2O此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以運(yùn)用氧化反映放出的熱量產(chǎn)生蒸汽，反映溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類較多，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在研究階段，尚不具有工業(yè)化條件，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。(4)乙苯催化脫氫法這是目前生產(chǎn)苯乙烯的重要方法，目前世界上大約90%的苯乙烯采用該方法生產(chǎn)。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。反映方程式如下：C6H5C2H5C6H5CHCH2+H2同時(shí)尚有副反映發(fā)生，如裂解反映和加氫裂解反映：C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4C6H5C2H5+H2C6H6+CH3CH3C6H5C2H5C6H6+CH2CH2高溫裂解生碳：C6H5C2H58C+5H2在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反映：C6H5C2H5+2H2OC6H5CH3+CO2+3H2此外尚有高分子化合物的聚合反映，如聚苯乙烯、對稱二苯乙烯的衍生物等。4、本工藝設(shè)計(jì)說明(1)生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)100000噸精苯乙烯，純度≥99.7%。(2)生產(chǎn)方法：采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。魯姆斯(Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝；魯姆斯（孟山都/UOP）經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝簡介：該工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM）單體中最成熟和有效的技術(shù)，自1970年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，目前大約有55套裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。A、工藝流程從乙苯(EB)生產(chǎn)苯乙烯的經(jīng)典流程如附圖1所示。乙苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，運(yùn)用蒸汽來使并維持催化劑處在適當(dāng)?shù)难趸癄顟B(tài)。蒸汽既加熱反映進(jìn)料、減少吸熱反映的溫度降，同時(shí)蒸汽也減少產(chǎn)品的分壓使反映平衡向著苯乙烯(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映系統(tǒng)壓力能提供良好的反映平衡曲線，對乙苯(EB)轉(zhuǎn)化為苯乙烯(SM)有利，在有兩個(gè)絕熱反映器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯(EB)的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)成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)用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進(jìn)行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個(gè)兩段、絕熱的徑向催化反映系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氫。熱反映產(chǎn)物在一個(gè)熱互換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（重要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸汽過熱器的燃料，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、未反映乙苯、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映器原料中。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熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大部分燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。典型苯乙烯單體產(chǎn)品性能如表2：表2性能指標(biāo)苯乙烯≮99.7%顏色，APHA≯10聚合物≯10ppm(W)硫≯1ppm(W)苯乙炔≯30ppm(W)過氧化物≯20ppm(W)粘度（25℃）0.7mm2/s目前現(xiàn)代化工藝裝置中生產(chǎn)的苯乙烯純度已可達(dá)99.8%(W)以上。B、工藝特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)（a）特殊的脫氫反映器系統(tǒng)：在低壓（深度真空下）下操作以達(dá)成最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反映產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計(jì)為熱聯(lián)合機(jī)械聯(lián)合裝置。整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機(jī)入口盡也許高壓，同時(shí)維持脫氫反映器盡也許低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時(shí)不損失壓縮能和投資費(fèi)用。（b）低蒸汽/油（EB）比的設(shè)計(jì)方案：魯姆斯公司設(shè)計(jì)的苯乙烯裝置是在低蒸汽/油比下操作，可減少苯乙烯生產(chǎn)成本，已在工業(yè)化裝置的操作中證明在低蒸汽/油比的情形下，新催化劑的穩(wěn)定性良好。（c）能量回收：魯姆斯公司在苯乙烯裝置上已實(shí)現(xiàn)了低品位能量（500大卡/公斤苯乙烯）的回收工藝，運(yùn)用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱來汽化乙苯和水的共沸物，并直接送至脫氫反映器，而不需要任何壓縮設(shè)備。（d）安全：一旦儀表系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何嚴(yán)重誤操作或故障時(shí)，脫氫反映的自動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)即啟動(dòng)，無需任何操作員工即可將裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全操作狀態(tài)或安全停工。（e）操作容易：運(yùn)用該技術(shù)的工業(yè)化裝置已證明它具有很高的可靠性。工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計(jì)可使操作無端障，從而可減少生產(chǎn)波動(dòng)和損失。（f）催化劑壽命長：根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，脫氫催化劑的使用壽命是18～24個(gè)月。隨著乙苯裝置上催化劑壽命的延長，乙苯和苯乙烯裝置更換催化劑的停工時(shí)間也可適應(yīng)盡量減少總停車時(shí)間的需求。（g）加入阻聚劑：在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟(jì)有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。本設(shè)計(jì)裝置重要由脫氫反映和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫，由銷售部門銷售。本裝置采用24小時(shí)連續(xù)運(yùn)營，年運(yùn)營7200小時(shí)（300天）。二、生產(chǎn)工藝說明1、原料、成品及半成品乙苯純度≥99.8%，沸程135.8℃～136.5℃。為了減少副反映發(fā)生，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，規(guī)定原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。由于二乙苯脫氫后生成的二乙烯基苯容易在分離與精制過程中生成聚合物，堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。此外，規(guī)定原料中乙炔≤10ppm（V%）、硫（以H2S計(jì)）<2ppm（V%）、氯（以HCl計(jì)）≤2ppm（Ｗ%）、水≤10ppm（Ｗ%），以免對催化劑的活性和壽命產(chǎn)生不利的影響。本裝置生產(chǎn)純度≥99.7%的苯乙烯產(chǎn)品。乙苯經(jīng)脫氫反映器反映后，反映生成物送乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（苯和甲苯）及粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。2、主、副化學(xué)反映式乙苯在脫氫反映器中重要發(fā)生下列反映：主反映：C6H5C2H5C6H5CHCH2+H2副反映：C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4C6H5C2H5+H2C6H6+CH3CH3C6H5C2H5C6H6+CH2CH23、生產(chǎn)環(huán)節(jié)乙苯脫氫反映在固定床反映器中進(jìn)行，同時(shí)隨著三個(gè)副反映，反映產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)水冷凝器和鹽水冷凝器冷卻后，降溫到8℃左右，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、水和重組分所有冷凝，甲烷和乙烯不冷凝，冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，將水分離，在有機(jī)混合物中添加阻聚劑2,4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）。有機(jī)混合物送精餾工序。先經(jīng)乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（及苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。乙苯餾分送苯--甲苯塔提成苯、甲苯餾分和回收乙苯，回收乙苯返回脫氫工序。粗苯乙烯送精餾塔提成精苯乙烯和焦油。規(guī)定：乙苯--苯乙烯塔真空操作：塔頂壓力：180～200mmHg。苯--甲苯塔塔頂操作壓力：塔頂壓力<160mmHg。精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。4、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì)苯乙烯（SM）是乙苯（EB）通過高吸熱脫氫反映而生成：EB=SM+H2反映深度由平衡控制：（1）汽態(tài)平衡常數(shù)為：KP=PSM×PH2/PEB=PT×YSM×YH2/YEB其中：PT——系統(tǒng)總壓；PSM(H2/EB)——各相應(yīng)組分分壓；YSM(H2/EB)——各相應(yīng)組分摩爾分率；（2）對于所有吸熱氣相反映，平衡常數(shù)隨著溫度的提高而增長，這時(shí)反映平衡關(guān)系如下：lnKP=A—B/T（T：K，KP：atm）其中：A=16.0195，B=3279.47；因此，溫度升高，EB轉(zhuǎn)化為SM的轉(zhuǎn)化率亦隨之升高。EB/SM混合物還進(jìn)行一些不受平衡控制的初級(jí)反映（副反映），其中首要的是脫烴反映，特性如下：C6H5C2H5=C6H6+C2H4乙苯苯乙烯C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4乙苯氫氣甲苯甲烷其他反映生成少量的α—甲基苯乙烯（AMS）和其他高沸物。甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反映，重要是甲烷反映：CH4+2H2O=CO2+4H2O我們還觀測到：水/汽轉(zhuǎn)換反映在反映溫度下接近平衡。CO2+H2=CO+H2O通常，在苯和甲苯的生成中，甲烷和乙烯的量總是比預(yù)期的要少。一氧化碳通常是二氧化碳的10%（摩爾）。在反映器的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)記?。涸诮咏从称胶鈺r(shí)SM停止生成，而苯和甲苯卻繼續(xù)生成，事實(shí)上并沒有限度。此外，由于SM的生成部分地受到擴(kuò)散的控制，因此，隨著溫度的上升，苯和甲苯的生成率要比SM的生成快得多。EB脫氫的重要操作和設(shè)計(jì)變量（1）溫度（2）催化劑量及催化劑（3）壓力（4）蒸汽稀釋由于EB脫氫生成SM的反映是吸熱反映，所以反映混合物的溫度隨反映加深而減少。反映速率減少的因素其一是反映越來越接近平衡，反映推動(dòng)力越來越小，其二在反映速率常數(shù)的減少。在一般設(shè)計(jì)中，在第一個(gè)三分之一的催化劑床層上，約有80%的溫降產(chǎn)生。在基于這樣的原理基礎(chǔ)上，有一個(gè)很高的入口反映溫度當(dāng)然是很抱負(fù)的。然而，與促進(jìn)催化脫氫相比，高溫更會(huì)增長非選擇熱反映和脫烴反映的速度而生成苯和甲苯。因此，要達(dá)成很好的選擇性，需要有效的入口溫度上限。相對于EB進(jìn)料而言，催化劑數(shù)量對優(yōu)化操作起著重要的作用。催化劑太少，則不會(huì)接近平衡，而催化劑太多，則還沒有完全通過催化劑床層EB轉(zhuǎn)化就達(dá)成平衡并停止轉(zhuǎn)化，而副反映繼續(xù)進(jìn)行，反映轉(zhuǎn)化率和選擇性減少（從物料平衡和裝置生產(chǎn)率）。目前有很多種EB脫氫催化劑，這些催化劑一般分為兩類：（1）高活性、低選擇性；（2）低活性、高選擇性。采用低活性、高選擇性催化劑的設(shè)計(jì)有比較好的效益。本設(shè)計(jì)裝置擬采用的正是此種催化劑。假如在將來相稱長的一段時(shí)間內(nèi)想要提高生產(chǎn)率而又允許有一定的損失的話，高活性、低選擇性催化劑可在同樣的設(shè)備中裝填使用。平衡常數(shù)有壓力的范圍，由于轉(zhuǎn)化一個(gè)摩爾EB會(huì)生成兩個(gè)摩爾的產(chǎn)物。所以，較高的系統(tǒng)壓力會(huì)使脫氫反映的平衡左移（即克制EB的轉(zhuǎn)化），從而減少EB的轉(zhuǎn)化率。較低的壓力將使EB轉(zhuǎn)化較高，同時(shí)選擇性也不受太大的影響。蒸汽稀釋能減少EB、SM和氫氣的分壓，其效果與減少壓力同樣。蒸汽稀釋尚有其他等同的重要作用。一方面，蒸汽向反映混合物提供熱量。其結(jié)果是對于一定的EB轉(zhuǎn)化而言，溫度減少很多，在同樣的入口溫度下EB轉(zhuǎn)化更多。第二，少量的蒸汽表現(xiàn)為能使催化劑保持在所需的氧化狀態(tài)，具有很高的活性，此蒸汽量隨催化劑的使用情況而有所不同。第三，蒸汽能克制高沸物沉積在催化劑上，假如允許超過一定的限度，這些結(jié)焦生成物最終會(huì)污染催化劑，使其活性減少而無法使用。由于上述作用，單程EB轉(zhuǎn)化率在溫度、壓力、催化劑、蒸汽稀釋等方面受到限制，對實(shí)際的單級(jí)反映器來講EB轉(zhuǎn)化率只有40～50%。但是，假如出料被再加熱到第一級(jí)入口溫度，混合物便無法平衡。假如再加熱的混合物被送到第二個(gè)催化劑床層，那么，它又可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SM，直至再次接近平衡。由于受到其他變量因素的影響，EB轉(zhuǎn)化總量可達(dá)成70～85%。再加熱和增長級(jí)數(shù)的過程可視經(jīng)濟(jì)效益多次反復(fù)，每增長一級(jí)，轉(zhuǎn)化率和選擇性便逐漸減少。因此，本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)反映器以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。5、反映器設(shè)計(jì)依據(jù)反映器設(shè)計(jì)的首要任務(wù)之一是根據(jù)所需的解決量及原料組成，計(jì)算達(dá)成規(guī)定的轉(zhuǎn)化率所需的反映體積，然后以此為依據(jù)作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)；擬定催化反映器為完畢一定的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑量是反映器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容之一。反映器系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)獲得盡也許高的轉(zhuǎn)化率，并且不增長操作成本，也不超過經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的范圍。較高的轉(zhuǎn)化率減少了對稀釋蒸汽、蒸餾蒸汽和過熱器燃料的規(guī)定。同樣重要的是，盡管反映器成本也許略增長一些，但在初步設(shè)計(jì)中，較高的轉(zhuǎn)化率可從總體上減少裝置投資。在獲得較高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，催化劑的選擇性將會(huì)減少，因此任何SM裝置的設(shè)計(jì)都必須在反映、熱回收和蒸餾方面比較所有因素、考慮經(jīng)濟(jì)平衡。6、重要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制（一）對反映器系統(tǒng)而言，重要控制工藝參數(shù)是：（1）溫度（第一、第二級(jí)反映器入口溫度）（2）蒸汽/油（EB）比（重量比）（3）EB進(jìn)料率通過控制第一和第二級(jí)入口溫度來使轉(zhuǎn)化率接近生產(chǎn)率的設(shè)計(jì)值。這兩級(jí)的溫度應(yīng)當(dāng)同樣，但是假如第二級(jí)入口溫度略高于第一級(jí)入口溫度，選擇性會(huì)更好一些。當(dāng)然，EB進(jìn)料率是生產(chǎn)率的基本決定因素。蒸汽/油（EB）比的設(shè)計(jì)值：在較高的蒸汽/油（EB）比下，特別是在減少生產(chǎn)率的情況下操作有助于減少操作成本，由于轉(zhuǎn)化率（相對于給定的溫度）、選擇性和蒸餾蒸汽方面的少許改善都將勝過增長稀釋蒸汽的成本。EB的轉(zhuǎn)化率重要由反映器進(jìn)口溫度控制。隨著催化劑老化，這些溫度要逐漸提高以維持催化劑的活性和EB轉(zhuǎn)化率，以保持在給定的EB進(jìn)料率下的生產(chǎn)運(yùn)營。（二）苯乙烯（SM）的蒸餾與貯存苯乙烯即使在常溫環(huán)境溫度之下也會(huì)發(fā)生液相聚合（雖然緩慢）。聚合速率受濃度、溫度、時(shí)間的影響而增長，使用合適的阻聚劑可減緩聚合。因此，在蒸餾系統(tǒng)中通常出現(xiàn)的溫度下，必須使用有效的阻聚劑以防聚合而引起較大的損失。阻聚劑的選擇取決于以下一些因素：在操作溫度下可接受的聚合物產(chǎn)生的數(shù)量，基于這樣的聚合物產(chǎn)量所需要的阻聚劑數(shù)量、阻聚劑成本、阻聚劑對苯乙烯終端使用的影響（最佳是沒有影響）。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，苯乙烯處在120℃的高溫，阻聚劑重要用來防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存系統(tǒng)中，溫度一般為20℃以下，聚合率較低，阻聚劑的重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，對阻聚劑的規(guī)定也不同樣，所以，在蒸餾塔中使用無硫阻聚劑（2、4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）俗稱NSI），在苯乙烯貯存系統(tǒng)中使用4-叔丁基鄰苯二酚（TBC）。在蒸餾系統(tǒng)中，蒸餾塔中產(chǎn)生的聚合物為高沸物，作為重組分（苯乙烯焦油）離開本系統(tǒng)，不構(gòu)成苯乙烯的污染物。產(chǎn)生的聚合物表達(dá)苯乙烯收率的損失，應(yīng)盡也許減少。NSI阻聚劑的汽化壓力很低，所以它同蒸餾系統(tǒng)中的重組分離開，在產(chǎn)品苯乙烯中數(shù)量不多。產(chǎn)品苯乙烯中的NSI在苯乙烯最終使用中會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問題。苯乙烯產(chǎn)品中只允許有少量的聚合物（一般低于10ppm）。7、流程敘述（1）脫氫反映總述：EB蒸汽/蒸汽混合物與EB/蒸汽過熱器二級(jí)反映器流出物進(jìn)行熱互換而產(chǎn)生過熱，并進(jìn)入一級(jí)反映器進(jìn)口，在這里與主過熱蒸汽混合，以便達(dá)成抱負(fù)的一級(jí)反映器的進(jìn)口溫度。EB和蒸汽混合物徑向從內(nèi)向外地進(jìn)入催化劑床層，一部分EB反映生成SM，由于進(jìn)行吸熱反映，溫度減少?；旌狭鞒鑫锱c過熱蒸汽進(jìn)行換熱而得到重新加熱并徑向通過第二個(gè)催化劑床層。大部分EB反映生成SM（受平衡限制）和少量副產(chǎn)品。反映器系統(tǒng)的流出物由于兩個(gè)壓力等級(jí)的蒸汽再生而進(jìn)行冷卻。冷卻的反映器產(chǎn)品與部分未汽提的工藝?yán)淠罕贿^熱降溫，并在主冷凝器中冷凝。冷凝液因重力作用自動(dòng)流至有機(jī)混合物/水分離器，而未冷凝的蒸汽進(jìn)一步得到冷卻并在調(diào)節(jié)冷卻器中冷凝。調(diào)節(jié)冷凝器中的冷凝液也流向有機(jī)混合物/水分離器。在有機(jī)混合物/水分離中，芳烴和工藝?yán)淠簶?gòu)成兩個(gè)相位。被稱之為“脫氫混合物（DM）”的芳烴相流進(jìn)有機(jī)物分隔間，隨后進(jìn)行SM產(chǎn)品精餾和對未反映的EB、及副產(chǎn)物苯、甲苯和高沸物進(jìn)行回收。水相因重力在有機(jī)混合物/水分離器的主分離室中分離。工藝?yán)淠河帽脡核椭劣脕沓A帶有機(jī)物的撇沫罐。一部分冷凝液被過濾，以除去催化劑塵末，然后用來對冷卻的反映器流出物進(jìn)行降溫。凈工藝?yán)淠和ㄟ^汽提除去溶解的有機(jī)物。冷凝液一方面由汽提塔的塔頂液/進(jìn)料內(nèi)部換熱器進(jìn)行預(yù)熱，然后通過蒸汽噴射器的直接蒸汽加熱至工藝?yán)淠浩崴僮鳒囟龋园阉衅徇^程中的損失減少到最低限度。從調(diào)節(jié)冷卻器出來的未冷凝氣體為脫氫廢氣，具有氫、二氧化碳、甲烷和大量的芳烴。氣體通過壓縮機(jī)入口罐，然后送往廢氣壓縮機(jī)，壓縮氣體通過一個(gè)分離罐，然后再進(jìn)入廢氣冷卻器，冷卻氣體中的芳烴通過循環(huán)半柏油的洗滌而減少，并經(jīng)冷卻后返回吸取塔；廢氣則通過一個(gè)密封罐進(jìn)入燃料補(bǔ)充系統(tǒng)而用作蒸汽過熱器的燃料。（2）苯乙烯蒸餾總述：苯乙烯蒸餾的目的是將從脫氫反映系統(tǒng)出來的液態(tài)芳烴混合物分餾成：a、一種高純度的苯乙烯產(chǎn)品（苯乙烯聚合物最小損失）b、循環(huán)至脫氫反映系統(tǒng)的EB物料流c、苯乙烯焦油物料流（具有苯乙烯聚合物、重餾分和少量苯乙烯）d、適合作為EB裝置進(jìn)料的苯物料流e、甲苯副產(chǎn)品物料流從有機(jī)混合物/水分離器出來的水飽和有機(jī)混合物（約具有苯：1.4%(W)、甲苯：2.8%(W)、EB：25.5%(W)、苯乙烯：69.2%(W)以及一些高沸物）被送入EB/SM分離塔。從分離塔出來的塔頂產(chǎn)品流（具有苯、甲苯、幾乎占進(jìn)料中所有的EB以及約0.25%(W)的苯乙烯）被送入EB回收塔。具有0.05%(W)甲苯的EB回收塔塔底產(chǎn)品循環(huán)至脫氫反映系統(tǒng)；EB回收塔塔頂產(chǎn)品，即苯-甲苯混合物以及局限性0.1%(W)EB被送入苯/甲苯分離塔，苯/甲苯分離塔將其分離為含約0.1%(W)甲苯的塔頂產(chǎn)品和含約0.1%(W)苯的塔底甲苯產(chǎn)品。從EB/SM分離器出來的塔底液物料流，具有塔進(jìn)料中的幾乎所有苯乙烯，沸點(diǎn)高于SM的復(fù)合物，NSI聚合阻聚劑（此外送入分離塔），少量EB和分離塔中生成的苯乙烯聚合物被送入SM塔。SM塔頂產(chǎn)品為99.7%(W)純度（最低）的苯乙烯產(chǎn)品；回流中加入TBC，以克制塔中的聚合反映。具有約50%(W)揮發(fā)物（（SM+AMS）和焦油（低粘度））的SM塔底液被送至薄膜蒸發(fā)器。蒸發(fā)器蒸發(fā)揮發(fā)物并將其送回到SM塔底。蒸發(fā)器部分塔底液（塔底總量的2/3）被泵送至EB/SM分離塔進(jìn)行NSI循環(huán)。具有約5.4%(W)殘存苯乙烯的凈塔底液送至貯罐，作為燃料使用。為把苯乙烯聚合物生成減少到最低限度，EB/SM分離塔、SM塔和薄膜蒸發(fā)器都減壓運(yùn)營，這樣可以減少工作溫度。A、乙苯/苯乙烯分離塔（T101）EB/SM分離塔是一臺(tái)篩板塔塔，在真空下（塔頂絕壓為180～200mmHg）運(yùn)營操作。其目的是分離乙苯與苯乙烯。生產(chǎn)出一種塔釜產(chǎn)品，它具有苯乙烯、α-甲基苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯的EB；同時(shí)，塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品，它具有基本上所有的EB、苯和甲苯并帶有約1.0%(W)苯乙烯。該塔的第二個(gè)目的是在分離時(shí)最大限度地減少苯乙烯轉(zhuǎn)換成聚合物的損失。有機(jī)混合物進(jìn)料從有機(jī)混合物/水分離器由泵送至EB/SM分離塔。進(jìn)料在49#塔板上進(jìn)入該塔，NSI溶液隨進(jìn)料進(jìn)入該塔，來自薄膜蒸發(fā)器底部的循環(huán)NSI溶液在SM/柏油混合器的上游加入至EB/SM分離塔進(jìn)料。為取得抱負(fù)的分離效果，EB/SM分離塔在高回流比下操作，設(shè)計(jì)回流比為10.0～12。通往再沸器的蒸汽流量根據(jù)使塔產(chǎn)生抱負(fù)的回流比來擬定。該塔再沸器所需的熱能由350kPa的壓力的蒸汽所提供。在生產(chǎn)中保持抱負(fù)的苯乙烯純度的關(guān)鍵是對的操作EB/SM分離塔，作為苯乙烯里的重要雜質(zhì)，EB一旦離開分離塔塔底后總是進(jìn)入SM分離塔塔頂，在苯乙烯塔里的實(shí)際分離是在苯乙烯和α-甲基苯乙烯之間進(jìn)行，進(jìn)行分離的關(guān)鍵是要有足夠的蒸汽流入再沸器。B、SM精餾塔（T301）SM精餾塔是一座在真空下（塔頂絕壓為30～50mmHg）進(jìn)行操作的有36層塔板乃Ｆ淠康氖墻醋訣B/SM分離塔的塔釜液中的進(jìn)料進(jìn)行分離，以便從塔頂產(chǎn)出99.7%(W)以上的苯乙烯產(chǎn)品物流。該塔的第二個(gè)目的是將該塔釜液經(jīng)薄膜蒸發(fā)器汽提后，可生產(chǎn)出苯乙烯焦油，其中，苯乙烯和α-甲基苯乙烯含量相加不超過16%(W)。在SM分離塔的進(jìn)料中具有98%(W)的苯乙烯、一些高沸點(diǎn)化合物（聚合物、α-甲基苯乙烯及其他物料）、一些低沸點(diǎn)物料（EB）以及NSI阻聚劑。TBC（叔丁基鄰苯二酚）在苯乙烯單體里以2%(W)溶液的形式被注入回流管線以克制塔內(nèi)苯乙烯的聚合，設(shè)計(jì)回流比為0.8～1.0。SM分離塔所需的熱量由350kPa壓力等級(jí)的蒸汽所提供的。C、甲苯/乙苯回收塔（T201）EB回收塔是一座有40層塔板的帶壓塔。其目的是分離從EB/SM分離塔的塔頂來料，在設(shè)計(jì)回流比為8.0～10的操作下，進(jìn)入第28層塔板，獲得塔頂產(chǎn)物：苯/甲苯物流，塔底產(chǎn)物：大約含0.05%(W)的甲苯以及大約含0.3%(W)苯乙烯的EB物流，塔釜液循環(huán)至脫氫反映系統(tǒng)。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。D、苯/甲苯分離塔（T401）苯/甲苯分離塔是帶壓操作的4床層填料塔。EB回收塔的塔頂物流送入該塔，在設(shè)計(jì)回流比為2.0～3.0的操作下，分離出約含0.35%(W)的甲苯的苯塔頂產(chǎn)品和約含0.1%(W)的苯的甲苯塔釜產(chǎn)品。本塔使用的填料是碳鋼鮑爾環(huán)。為避免液體分布的不均勻，該塔使用4個(gè)獨(dú)立的填料床層，在每層頂部裝有一臺(tái)液體分布器。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。苯/甲苯分離塔的關(guān)鍵部位是位于第三填料床層下的溫度控制，每單位床層高度的溫度變化率在此達(dá)成最大限度。該溫度可以通過重新設(shè)定進(jìn)入再沸器的蒸汽流量控制來進(jìn)行調(diào)整?；亓鞅瓤梢酝ㄟ^產(chǎn)品規(guī)格的需要來控制。8、工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù)表3項(xiàng)目單位苯甲苯乙苯苯乙烯液體密度（293K時(shí)）kg/m879867867906正常熔點(diǎn)TmK278.7177.3178.2242.6正常沸點(diǎn)TbK353.3383.8409.3418.3臨界溫度TcK562.1591.7617.1647臨界壓力PcMPa4.8944.1143.6073.992臨界體積VcM3/mol259316374——臨界壓縮因子Zc——0.2710.2640.263——偏心因子ω——0.2120.2570.3010.257恒壓熱容CpJ/mol．K216.3158.6————Antoine蒸汽壓方程系數(shù)A15.900816.013716.019516.0193B2788.513096.523279.473328.57C-52.36-53.67-59.95-63.72生成熱△Η°kJ/mol82.950.0029.79103.9燃燒熱△Η°kJ/mol-3268-3910——-4395熔化熱△Η°kJ/mol9.8326.611————25℃時(shí)汽化熱kJ/mol33.8537.99————沸點(diǎn)時(shí)汽化熱△Η°kJ/mol30.7533.4735.5636.44標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓△Ｇ°kJ/mol30.9929.1632.2151.1020℃MPa．s0.7370.675——0.7220℃kcal/（m．h．℃）0.1270.119————時(shí)體積膨脹系數(shù)10-×1/℃12.410.9————表面張力10-3N/m28.627.9————三、物料及熱量衡算1、計(jì)算依據(jù)乙苯脫氫制苯乙烯裝置涉及脫氫和精餾兩個(gè)單元，是具有循環(huán)物流的復(fù)雜化工過程，其流程框圖如附圖1。乙苯脫氫反映在裝有鐵系催化劑的列管反映器中進(jìn)行，反映方程式為：主反映C6H5C2H5C6H5CHCH2+H2(a)副反映C6H5C2H5C6H6+CH2CH2(b)C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4(c)水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為2.6：1反映壓力為150000Pa（絕），反映溫度為580℃，反映器進(jìn)口溫度630為簡化計(jì)算，假定：(1)反映混合原料組成：乙苯：99%(W%)，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)化反映，并且無結(jié)焦反映。(3)冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，水中夾帶芳烴量為500mg/L，夾帶芳烴組成同有機(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)精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%。精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。(6)乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力<200mmHg。塔頂苯乙烯含量<0.25%，塔釜乙苯<0.3%。(7)苯－甲苯塔塔頂壓力<160mmHg，塔頂甲苯<0.5%，塔釜苯<0.2%。(8)乙苯回收塔，塔頂乙苯<0.1%，塔釜甲苯<0.4%。2、物料衡算A、假設(shè)以10000kg/h原料進(jìn)料為基準(zhǔn)，則反映器進(jìn)料G2甲苯10000*0.8%=80kg/h，80/92=0.87kmol/h；乙苯10000*99%=9900kg/h，9900/106=93.396kmol/h；苯乙烯10000*0.2%=20kg/h，20/78=0.256kmol/h；B、進(jìn)反映器的蒸汽量G19900*2.6=25740kg/h25740/18=1430kmol/hC、反映器的出料一段反映器的出料G3據(jù)化學(xué)反映式（a）C8H10---C8H8+H2乙苯總轉(zhuǎn)化率55％，選擇性90％；(1)生成的苯乙烯：93.396*90%*（1-4.66%）*55%=44.077kmol/h(2)生成的H2量：44.077kmol/h副反映：據(jù)化學(xué)反映式(b)C8H10---C6H6+C2H4選擇性3%(1)生成的苯：93.396*55%*3%*（1-4.66%）=1.469kmol/h(2)生成的乙烯：1.469kmol/h（3）出料中的苯量：1.469+0.256=1.725kmol/h據(jù)化學(xué)反映式(c)C8H10+H2---C7H8+CH4選擇性7%(1)消耗H2量93.396*55%*7%*（1-4.66%）=3.428kmol/h(2)生成的甲苯量3.428kmol/h(3)生成的甲烷量3.428kmol/h則反映器出口的物料組成乙苯93.396*(1-4.66%)*(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/h反映器出口的有機(jī)混合物質(zhì)量組成kg/hW%乙苯40.07*106=4247.4245.372苯乙烯44.077*104=4584.00848.967甲苯40298*92=395.4164.224苯1.725*78=134.551.437合計(jì)9361.394100.00D、冷凝器頂物料G4氫氣40.649kmol/h甲烷3.428kmol/h乙稀1.469kmol/hE、冷凝器底物料G5乙苯40.07kmol/h苯乙烯44.077kmol/h甲苯4.298kmol/h苯1.725kmol/h焦油1.059kmol/h水1430kmol/hF、分離器底的廢水組成G6因廢水中夾帶的芳烴量為500mg／L，芳烴組成同有機(jī)混合物廢水中夾帶的芳烴量25740*0.0005=12.87kg/h則廢水中損失的芳烴量kg/hkmol/h乙苯12.87*0.45372=5.839kg/h0.0551苯乙烯12.87*0.48967=6.302kg/h0.0606甲苯12.87*0.04224=0.544kg/h0.00591苯12.87*0.01437=0.185kg/h0.00237G、分離器頂?shù)挠袡C(jī)混合物組成G7乙苯40.07-0.0551=40.0149kmol/h苯乙烯44.077-0.0606=44.0164kmol/h甲苯4.298-0.00591=4.2921kmol/h苯1.725-0.00237=1.7226kmol/hH、阻聚劑加入量G8由于阻聚劑加入量為有機(jī)混合物的0.03W%阻聚劑加入量=9361.394*0.03%=2.808kg/h，即2.808/184=0.0153kmol/h乙苯－苯乙烯塔I.乙苯－苯乙烯塔的進(jìn)料G9乙苯40.0149kmol/h苯乙烯44.0164kmol/h甲苯4.2921kmol/h苯1.7226kmol/h阻聚劑0.0153kmol/h進(jìn)料量F1＝40.0149+44.0164+4.2921+1.7226+0.0153=90.0613kmol/h進(jìn)料組成mol%乙苯40.0149/90.0613=0.444苯乙烯44.0164/90.0613=0.489甲苯4.2921/90.0613=0.048苯1.7226/90.0613=0.019阻聚劑0.0153/90.0613=0.00017選輕關(guān)鍵組份為乙苯，重關(guān)鍵組份為苯乙烯J、乙苯－苯乙烯塔頂?shù)奈锪螱10D1=40.0149*（1-0.003）+44.0164*0.0025+4.2921+1.7226=46.02kmol/hXDB=1.7226/46.02=0.0282XDEB=40.0149*（1-0.003）/46.02=0.8866XDSTY=44.0164*0.0025/46.02=0.0024XDTB=4.2921/46.02=0.0828K、乙苯－苯乙烯塔底的物料G11W1=F1—D1=90.0613-46.02=44.0413kmol/hXWEB=40.0149*0.003/44.0413=0.0027XWSTY=44.0164*（1-0.0025）/44.0413=0.9969X阻聚劑=0.0153/44.0413=0.00035甲苯/乙苯塔選輕關(guān)鍵組份為甲苯，重關(guān)鍵組份為乙苯進(jìn)料量F2＝D1＝46.02kmol/hL、乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪螱12D2=1.7226+4.2921*（1-0.4%）+40.0149*（1-0.003）*0.1%=6.037kmol/hXDB=1.7226/6.037=0.285XDTB=4.2921*（1-0.4%）/6.037=0.708XDEB=40.0149*（1-0.003）*0.1%/6.037=0.007M、乙苯回收塔塔底的物料G13W2=F2-D2=46.02-6.037=39.983kmol/hXWB=4.2921*0.4%/39.983=0.000426XWEB=40.0149*（1-0.003）*（1-0.1%）/39.983=0.99847XWSTY=44.0164*0.1%/39.983=0.001104苯－甲苯塔選輕關(guān)鍵組份為苯，重關(guān)鍵組份為甲苯進(jìn)料量F3=D2=6.037kmol/hN、苯－甲苯塔塔頂?shù)奈锪螱14D3=1.7226*（1-0.2%）+4.2921*（1-0.5%）*0.2%=1.7277kmol/hXDB=1.7226*（1-0.2%）/1.7277=0.9951XDTB=4.2921*（1-0.5%）*0.2%/1.7277=0.0049O、苯－甲苯塔塔底的物料G15W3=F3-D3=6.037-1.7277=4.3093kmol/hXWB=1.7226*0.2%/4.3093=0.0008XWB=4.2921*（1-0.5%）*（1-0.2%）/4.3093=0.9719XWEB=40.0149*（1-0.003）*0.3%/4.3093=0.0273苯乙烯精餾塔選輕關(guān)鍵組份為苯乙烯，重關(guān)鍵組份為焦油F4=W1=44.0413kmol/hP、苯乙烯精餾塔塔頂?shù)奈锪螱16D4=40.0149*0.003+44.0164*（1-0.25%）*95%=41.83kmol/hXDEB=40.0149*0.003/41.83=0.0029XDSTY=44.0164*（1-0.25%）*95%/41.83=0.9971Q、苯乙烯精餾塔塔底的物料G17W4=F4-D4=44.0413-41.831=2.2103kmol/hXWSTY=44.0164*（1-0.25%）*5%/2.2023=0.9931X阻聚劑=0.0153/2.2103=0.0069R、物料衡算表(以10000kg/h進(jìn)料為基準(zhǔn))平衡后，水蒸氣的量G1表4序號(hào)1物料名稱水蒸氣kmol/hkg/hW%mol%143025740100100進(jìn)料組成G2表5序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯93.39699009998.812苯乙烯0.256200.20.273甲苯0.87800.80.92合計(jì)×94.52210000100100出反映器物料組成G3-1表6序號(hào)物料名稱kmol/hmol%1乙苯40.0729.522苯乙烯44.07732.483甲苯4.2983.174苯1.7251.275氫氣40.64929.956甲烷3.4282.537乙烯1.4691.08合計(jì)×135.716100（為熱量恒算方便，省略焦油和水蒸氣）冷凝器頂物料組成G4表8序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1氫氣40.64981.29845.8689.252甲烷3.42854.84830.947.533乙烯1.46941.13223.23.22合計(jì)×45.546177.278100.0100.0冷凝器底物料組成G5表9序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯40.074247.4212.12.642苯乙烯44.0774584.00813.062.93甲苯4.298395.4161.130.284苯1.725134.550.380.115水蒸3394.07合計(jì)×1520.1735101.4100.0100.0油水分離器底的廢水組成G6表10序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯0.002370.1850.00070.00022甲苯0.005910.5440.00210.00043乙苯0.05515.8390.02270.00394苯乙烯0.06066.3020.024500.004259599.9913合計(jì)×1430.12425752.87100.0100.0有機(jī)混合物組成G7表11序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯40.01494241.5845.3744.442苯乙烯44001644577.7148.9748.883甲苯4.2921394.874.224.774苯1.7226134.361.441.91合計(jì)×90.0469348.52100100加入阻聚劑G8表12序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1阻聚劑0.01532.808100100加入阻聚劑后的乙苯－苯乙烯塔進(jìn)料組成G9表13序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯40.01494241.5845.3644.332苯乙烯44.01644577.7148.9548.873甲苯4.2921394.874.224.774苯1.7226134.361.441.916阻聚劑0.01532.8080.030.02合計(jì)×90.06139351.33100100乙苯－苯乙烯塔頂物料組成G10表14序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯4.2921394.879.338.282乙苯39.8954228.8786.6988.66序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%3苯1.7226134.363.742.824苯乙烯0.1111.440.240.24合計(jì)×46.024769.54100100乙苯－苯乙烯塔底物料組成G11表15序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯0.1212.720.280.272苯乙烯43.914566.6499.6699.693阻聚劑0.01532.8080.0680.035合計(jì)×44.04534582.17100100甲苯/乙苯塔塔頂物料組成G12表16序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯4.2749393.2973.9470.82乙苯0.03994.230.80.73苯1.7226134.3625.2628.5合計(jì)×6.037531.88100100乙苯回收塔塔底物料組成G13表17序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯0.0171.5640.0370.04262苯乙烯0.0444.5760.1080.11043乙苯39.8554224.6399.85599.847合計(jì)×39.9164230.77100100苯－甲苯塔頂物料組成G14表18序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%Mol%1甲苯0.008540.78570.5830.492苯1.719134.08299.41799.51合計(jì)×1.7275134.8677100100苯－甲苯塔底物料組成G15表19序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯4.262392.10496.7997.19序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%2苯0.003450.2690.070.083乙苯0.1212.723.142.73合計(jì)×4.385405.093100100精餾塔頂物料組成G16表20序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯乙烯41.714337.8499.7199.712乙苯0.1212.720.290.29合計(jì)×41.834350.56100100精餾塔底物料組成G17表21序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯乙烯2.195228.2898.7899.312阻聚劑0.01532.8081.220.69合計(jì)×2.2103231.088100100由上述物料平衡表中可知：10000Kg/h的新鮮物料可生產(chǎn)出苯乙烯4337.84Kg。年產(chǎn)10.00萬噸苯乙烯，連續(xù)生產(chǎn)300天，即每小時(shí)生產(chǎn)苯乙烯是13888.89kg，需要新鮮物料：10000：4337.84=X：13888.89X=32023.99kg/h即每小時(shí)需要新鮮物料32023.99kg。3、熱量衡算（過程見附圖2）（1）各物質(zhì)Cp=f（T）1）查《化工熱力學(xué)》，計(jì)算公式：Cp/R=A+BT+CT2（kJ/kmolK）表22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0.29047.052-15.7162）查《化工計(jì)算》，Cp=a+b×10-2T+c×10-5T2+d×10-9T3（kJ/kmolK）表23序號(hào)物質(zhì)名稱abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氫氣6.953-0.0460.096-0.213）查汽化潛熱表表24名稱甲苯乙苯苯苯乙烯數(shù)值37.9942.2633.8540.8304）各物質(zhì)hfi（kJ/mol）表25名稱甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氫氣HF0-74.8552.26103.982.950.0025.790反映器：（A）帶入反映器熱(以25℃為基準(zhǔn))1）蒸汽帶入：Q1=m×（h1-h0）2）反映物帶入：Q2=ΔH1+ΔHV’由設(shè)計(jì)規(guī)定知：T1=630℃，故取T=（T1+T0）/2+273.15=60065K，根據(jù)物質(zhì)Cp表可計(jì)算：乙苯：Cp平均=a+b×10-2T+c×10-5T2+d×10-9T3=236.048（kJ/kmolK）苯乙烯：Cp平均=a+b×10-2T+c×10-5T2+d×10-9T3=217.714（kJ/kmolK）甲苯：Cp平均=a+b×10-2T+c×10-5T2+d×10-9T3=190.239（kJ/kmolK）Cpm平均=∑yiCpi平均=235.971（kJ/kmolK）ΔHV’=∑niΔHVi’=3.987×106(kJ/h)ΔH1=n反映物Cpm平均×(T-T0)+∑niHVi’=1.746×107(kJ/h)（B）帶出反映器熱量1)反映吸取熱量：Q吸=ΔHRθ乙苯脫氫反映在裝有鐵系催化劑的固定床反映器中進(jìn)行，反映方程為：主反映C6H5C2H5C6H5CHCH2+H2(a)副反映C6H5C2H5C6H6+CH2CH2(b)C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4(c)由各物質(zhì)ΔHf列表可得：對于(a)反映：ΔHRθ1=103.9-25.79=78.11kJ/mol對于(b)反映：ΔHRθ2=82.9+52.26-25.79=109.37kJ/mol對于(c)反映：ΔHRθ3=50-74.85-25.79=-50.64kJ/mol由物料衡算可得：(a)反映中轉(zhuǎn)化乙苯：44.07kmol/h；(b)反映中轉(zhuǎn)化乙苯：1.469kmol/h；(c)反映中轉(zhuǎn)化乙苯：3.428kmol/h；ΔHRθ=∑niΔHVi’=3.43×106(kJ/h)2）反映物帶出熱量：Q3=ΔHV”+ΔH21、ΔHV”=∑niΔHI=3.871×106(kJ/h)2、ΔH2=nCpm平均×(T2-T0)Cpm平均=∑yiCpi平均根據(jù)Cp列表，累加得表26序號(hào)名稱AB×110-3C×110-6D×110-91甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.392序號(hào)名稱AB×110-3C×110-6D×110-93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∴Cpm平均=3.185+0.319×T-1.52×10-4T2+2.37×10-8T3（C）蒸汽帶出熱量：Q4=m×（h2-h0）(3)運(yùn)用：帶入反映器=帶出反映器熱量，進(jìn)行試差計(jì)算求得反映器出口溫度T2。經(jīng)試差計(jì)算求得反映器出口溫度t2=600℃四、乙苯—苯乙烯精餾塔計(jì)算1、乙苯—苯乙烯塔操作條件的擬定I）塔頂溫度的擬定已知乙苯—苯乙烯塔頂壓力為185mmHg，具體環(huán)節(jié)如下：假設(shè)溫度T查或計(jì)算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯之蒸汽壓T由Ki=Pi/PD計(jì)算出KiT由xi=yDi/Ki計(jì)算出xiT計(jì)算?xi是否等于1，若是，則假設(shè)成立，否則重新假設(shè)溫度，反復(fù)上述計(jì)算。飽和蒸汽壓計(jì)算公式(安托因方程)：lnP=A－B/(T+C)mmHg苯：A=15.9008B=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焦油：A=19.0193B=3328.57C=－63.72設(shè)：tD=40℃將T=40+273.15代入計(jì)算式，具體結(jié)果列表如下：表28組成塔頂氣相組成yDimol%飽和蒸汽壓（mmHg）Ki=Pi/PDaij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通過計(jì)算機(jī)試差求得塔頂溫度就可認(rèn)為87.27℃。II）塔釜溫度的擬定已知乙苯—苯乙烯塔底壓力為261.44mmHg，設(shè)：tW=40℃將T=40+273.15代入計(jì)算式，具體結(jié)果列表如下：表29組成塔釜?dú)庀嘟M成yDimol%飽和蒸汽壓（mmHg）Ki=Pi/PDaij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通過計(jì)算機(jī)試差求得塔釜溫度就可認(rèn)為108.98℃。（程序附2）III）進(jìn)料溫度的擬定設(shè)進(jìn)料為飽和液體，具體環(huán)節(jié)同前，P=0.5(PD+PW)=0.5(1.05+1.4)=224.58mmHg具體計(jì)算結(jié)果如下表30：通過計(jì)算機(jī)試差求得塔進(jìn)料溫度就可認(rèn)為97.77℃。2、理論板數(shù)的計(jì)算最小理論板數(shù)G9塔頂a1=164.823/121.57=1.356G10塔進(jìn)料a2=238.336/178.436=1.336G11塔釜a3=343.999/261.313=1.3161.336NM=lg((XA/XB)D/(XA/XB)W)/lgaAB-1=43.6表30組成塔進(jìn)料氣相組成yDimol%飽和蒸汽壓（mmHg）Ki=Pi/PDaij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)100.00A、實(shí)際回流比下的理論板數(shù)由于泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1根據(jù)恩特伍德公式,用牛頓迭代法計(jì)算機(jī)算出：1-q=0=1.226RM+1RM=9.341按R=1.3RMR1=5.166NM=43.6據(jù)吉利蘭關(guān)系式得出：Y=0.75-0.75X0.5668X=R1-RM/R+1Y=N-NM/N+1N=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)：N1=78.4/0.75=104C、加料板位置的擬定在泡點(diǎn)進(jìn)料的情況下，可以應(yīng)用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來擬定精餾段和提餾段的板數(shù)。具體如下：m+n=N1式中：m—提餾段塔板數(shù)；n—精餾段塔板數(shù)。D=46.02kmol/h、w=44.0413kmol/hXhF=0.4887XlF=0.4443XhD=0.0024XlW=0.0027n/m=[(44.0413/46.02)(0.4887/0.4443)(0.0027/0.0024)2]0.206=1.061m+n=104解之得：m=50.5=51(提餾段板數(shù))、n=104-51=53(精餾段板數(shù))，加料板從頂部數(shù)起的第51塊板D、塔徑及內(nèi)件的計(jì)算：∵V=L+D，R=L/D，R=12.145；∴L=RD=12.145×46.02=558.913kmol，V=L+D=(12.145+1)D=604.933kmol；為便于計(jì)算，塔頂以乙苯為主計(jì)算且以：P=185mmHg、t=85℃時(shí)的乙苯的物性參數(shù)為依據(jù)：ρl=0.852×103kg/m3=∑xiMi=78×0.0828+106×0.8866+104×0.0024+78×0.0282=102.887ρg=P/(RT)=185/760×1.013×105×10－3×102.887/(101.3/273.15×(273.15+87.27))=18.981kg/m3μl=0.317CP=0.