年產(chǎn)8萬噸異丙苯生產(chǎn)設(shè)計(jì)

1、第1章 總論1.1 項(xiàng)目概況本項(xiàng)目是8萬噸/年異丙苯生產(chǎn)設(shè)計(jì)，利用苯和工業(yè)級丙烯（含少量丙烷）為原料，生產(chǎn)異丙苯并副產(chǎn)部分二異丙苯。反應(yīng)設(shè)計(jì)在固定床列管式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，經(jīng)普通精餾分離技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)物分離，得到高純度的異丙苯，并對過量的苯加以循環(huán)利用，以擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目最大程度地利用了原料，提高了產(chǎn)品純度，符合國家的產(chǎn)業(yè)、能源和環(huán)境保護(hù)的政策。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定 （2）國家經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保等相關(guān)政策1.3 設(shè)計(jì)原則 本項(xiàng)目本著節(jié)約原料和能源、保護(hù)環(huán)境的前提，生產(chǎn)符合要求的產(chǎn)品并盡可能減少副反應(yīng)的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)，符合國家化工生產(chǎn)的政策。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、原料及其組成（均

2、為mol%）： （1）工業(yè)級丙烯：純度95%，丙烷5%；（2）苯：純度99.5%，苯/丙烯= 7:1 。 2、產(chǎn)品及其規(guī)格：異丙苯，純度99.5%（m%）。3、建議工藝條件：采用UOP法，以磷酸或分子篩作催化劑。產(chǎn)物主要考慮異丙苯和二異丙苯。原料中89的丙烯反應(yīng)生成異丙苯，3的丙烯生成二異丙苯。4、公用工程：（1）熱劑用蒸汽：根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同壓力級別的蒸汽。（2）冷劑用循環(huán)冷卻水：上水溫度可取25。1.4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、查閱文獻(xiàn)，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，確定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完成文獻(xiàn)綜述；2、生產(chǎn)方案確定及工藝流程設(shè)計(jì)，繪制工藝原則流程圖；3、主要設(shè)備及全裝置的物料衡算，列出物料平衡表等表格，繪制PF

3、D；4、主要設(shè)備及全裝置的熱量衡算（包括熱負(fù)荷及傳熱劑用量的計(jì)算），列出熱量平衡表等表格；5、主要設(shè)備的工藝計(jì)算與選型，列出各類設(shè)備規(guī)格表及設(shè)備一覽表；6、確定自控方案，繪制工藝管道及儀表流程圖（PID）；7、進(jìn)行車間及設(shè)備布置設(shè)計(jì)，繪制車間平面布置圖及設(shè)備平、立面布置圖；8、設(shè)計(jì)總結(jié)，編寫初步設(shè)計(jì)說明書。 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 本廠以苯和聚合級丙烯為原料，采用UOP法利用固體磷酸為催化劑生產(chǎn)異丙苯1，年產(chǎn)量為8萬噸。 生產(chǎn)出的異丙苯是一種重要的有機(jī)化工原料,主要用來生產(chǎn)用途廣泛的苯酚和丙酮2。近年來，異丙苯的需求量大幅度增加，本項(xiàng)目可以極大地滿足異丙苯的需求量，為社會創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。1.6

4、 廠址選擇本項(xiàng)目廠址應(yīng)位于交通便利，各項(xiàng)設(shè)施配套完善的工業(yè)園區(qū)，園區(qū)應(yīng)有合理的布局，齊全的功能，優(yōu)美的投資環(huán)境；園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢明顯，化工工業(yè)之間有良好的聯(lián)系，如有生產(chǎn)苯或者丙烯等產(chǎn)品的化工廠以及以異丙苯為原料生產(chǎn)其它產(chǎn)品的化工廠等；另外，附近有為工業(yè)園區(qū)提供科研條件的高?；蛘哐芯吭旱龋徽矠槿瞬诺囊M(jìn)以及項(xiàng)目的發(fā)展提供有力的政策3。1.7 能量利用及環(huán)境保護(hù) 本項(xiàng)目非常注重能量的綜合利用以及環(huán)境的保護(hù)。在生產(chǎn)過程中，工藝物流之間相互換熱，節(jié)約大量的冷凝水以及低壓蒸汽等公用工程，這在一定程度上節(jié)約了電能；反應(yīng)過程中，排出的氣體作為燃料氣；從苯塔蒸出的苯作為循環(huán)物料；這些都不但節(jié)約了成本，也節(jié)

5、約了能量，保護(hù)了環(huán)境；另外，在廠區(qū)內(nèi)綠化工作做得比較好，大大改善了廠區(qū)的環(huán)境。1.8 存在問題及建議 1.8.1 存在問題 在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，存在的問題如下： （1）軟件的運(yùn)用能力不夠成熟。 提到設(shè)計(jì)，除了正確的設(shè)計(jì)思路，軟件肯定是重中之重。在設(shè)計(jì)過程中，需要運(yùn)用大量的設(shè)計(jì)軟件，比如Aspen Plus,Cup-tower以及換熱網(wǎng)絡(luò)模擬軟件等等。平時(shí)大家對這些軟件并不熟悉，在設(shè)計(jì)過程中，邊學(xué)軟件邊進(jìn)行設(shè)計(jì)，在一定程度上鍛煉了我們的學(xué)習(xí)能力，但在很大程度上減慢了設(shè)計(jì)的進(jìn)度，造成時(shí)間的浪費(fèi)。（2）參考文獻(xiàn)的短缺。 設(shè)計(jì)過程需要查閱大量的文獻(xiàn)，或許是我們查閱文獻(xiàn)的能力不夠，總感覺“書到用時(shí)方恨

6、少”。這學(xué)期我們并沒有上過文獻(xiàn)查閱課程，可能會存在這方面能力的欠缺。1.8.2 建議 （1）建議學(xué)校會在做設(shè)計(jì)之前的時(shí)間在軟件方面和文獻(xiàn)方面有相關(guān)的課程或者訓(xùn)練，這樣可以節(jié)約時(shí)間，更能保證作品質(zhì)量。 （3）學(xué)生自身也應(yīng)該注意在各方面提高自己，不要只注重專業(yè)課程的卷面成績。參考文獻(xiàn)：1張佩君.合成異丙苯生產(chǎn)現(xiàn)狀及技術(shù)進(jìn)展J.石化技術(shù)，2005，12（2）；62-65，682有機(jī)化工工藝學(xué)（第四版）3“三井杯”海之涯團(tuán)隊(duì)作品之廠址選擇原則。第2章 工藝流程設(shè)計(jì)2.1 生產(chǎn)方案選擇 產(chǎn)品性質(zhì)及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn) （1）原料及其組成（均為mol%）： 工業(yè)級丙烯：純度95%，丙烷5%； 苯：純度99.5%，苯/

7、丙烯= 5.2:1 。 （2）產(chǎn)品：異丙苯，純度99.5%（m%） 原料路線確定原則和依據(jù)在化工設(shè)計(jì)過程中選擇技術(shù)路線和工藝流程時(shí)，必須綜合考慮以下三項(xiàng)原則以保證“技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理1”： 1.先進(jìn)性。先進(jìn)性是指在化工設(shè)計(jì)過程中技術(shù)上的先進(jìn)程度和經(jīng)濟(jì)上的合理可行。先進(jìn)性的評價(jià)包括基建評價(jià)、生產(chǎn)成本、消耗定額以及勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面。實(shí)際生產(chǎn)中，選擇的生產(chǎn)方法應(yīng)達(dá)到物料耗損較小、物料循環(huán)量較少并易于回收利用、能量消耗較少和有利于環(huán)境保護(hù)等要求。 2.可靠性?？煽啃灾饕侵杆x擇的生產(chǎn)方法和工藝流程是否成熟可靠。另外，還要考慮原料供給的可靠性，對于一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，必須保證在其服務(wù)期限內(nèi)有足夠的、穩(wěn)定

8、的原料來源。 3.合理性。合理性是指在進(jìn)行化工廠設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合我國的國情，從實(shí)際情況出發(fā)，考慮各種問題，即宏觀上的合理性。 工藝技術(shù)方案比較和選擇理由 （1）異丙苯傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)異丙苯的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)主要有固體磷酸（SPA）法和三氯化鋁法兩種2。固體磷酸法由UOP公司首先開發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，凱洛格（Kellogg）工程公司對該生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了改進(jìn)和完善。該工藝以硅藻土負(fù)載固體磷酸為催化劑，采用固定床反應(yīng)器，苯和丙烯進(jìn)行液相反應(yīng)得到異丙苯和少量的多異丙苯。反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度180-230，反應(yīng)壓力3.0-4.1MPa，苯與丙烯的摩爾比為5-7：1，質(zhì)量空速為1-2h-1，為保持催化劑的反

9、應(yīng)活性，需要向反應(yīng)器中連續(xù)注入少量水。催化劑分層裝填，丙烯分段注入。該工藝流程簡單，腐蝕性相對較小，但催化劑無烷基轉(zhuǎn)移功能，所得產(chǎn)品質(zhì)量較差，苯的回收率相對較低，只有94.7%-96.0%。 三氯化鋁法主要有美國科學(xué)設(shè)計(jì)公司（SD公司）開發(fā)的SD工藝和日本Monsanto公司開發(fā)的Monsanto工藝2種工藝3。SD工藝采用以三氯化鋁為主催化劑，HCl、氯乙烷等為助催化劑。該催化劑既可催化烷基化反應(yīng)，又可催化烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。該工藝催化劑活性高，反應(yīng)條件溫和，苯收率可以達(dá)到約96%，但工藝流程長，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，物耗、能耗較高，排放的污水量大。Monsanto工藝是對SD工藝的一種改進(jìn)。該工藝采用三

10、氯化鋁絡(luò)合物為催化劑，能溶解在苯中形成均相體系，反應(yīng)在均相中進(jìn)行，更有利于異丙苯的生成。與SD工藝相比，該工藝所使用催化劑的消耗量減少約80%，副產(chǎn)物（如丁苯等）生成量少，但工藝流程依然很長，腐蝕和污染問題仍沒有得到很好的解決。由于固體磷酸法和三氯化鋁法都存在難以徹底解決的設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染問題，因此自20世紀(jì)60年代以來，世界各大公司開始轉(zhuǎn)向開發(fā)無腐蝕、無污染的以沸石分子篩催化劑為基礎(chǔ)的新型催化生產(chǎn)異丙苯新技術(shù)。沸石分子篩催化劑可以再生，沒有固體磷酸和三氯化鋁工藝廢物廢液的排出問題，同時(shí)可提高苯制異丙苯的選擇性、純度和收率。異丙苯純度可以達(dá)到99.97%以上，收率為99.7%，每100g多異

11、丙苯的重組分低于。目前，采用沸石分子篩催化劑的工藝技術(shù)主要有：Dow/Kellog工藝、Polimeri工藝、UOP工藝、EniChem工藝、Mobil/Badger工藝以及CD Tech工藝等。（2）UOP法生產(chǎn)異丙苯技術(shù) UOP公司于20世紀(jì)80年代以超穩(wěn)-沸石（USY）開發(fā)了第一代異丙苯液相烷基化催化劑4,5。90年代開發(fā)了以苯和煉廠級或化學(xué)級丙烯為原料的液相固定床多段進(jìn)料的“Q-Max工藝”技術(shù)。該工藝采用MgAPSO-31沸石催化劑（牌號為QZ-2000），該催化劑孔體積大小適中，具有特殊的三維孔結(jié)構(gòu)，再生性能良好，使用周期為18個(gè)月，總壽命超過5年，可以完全再生，各催化劑

12、床層采用相同的催化劑，可同時(shí)用于烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，無專門的烷基化和烷基轉(zhuǎn)移催化劑之分。采用Q-Max工藝投資和操作費(fèi)用均較低，產(chǎn)品異丙苯中芳烴含量、溴價(jià)指數(shù)均低于固體磷酸傳統(tǒng)工藝，采用固體磷酸催化劑的異丙苯裝置僅需要稍加改造就可以。異丙苯產(chǎn)品純度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到99.96%-99.97%，收率接近化學(xué)計(jì)量值99.7%。Q-Max工藝技術(shù)于1996年8月首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。美國JLM化學(xué)公司采用Q-Max工藝投運(yùn)了一套6.6萬噸/年異丙苯生產(chǎn)裝置。雪佛龍公司采用Q-Max工藝改造了其在美國得克薩斯州阿瑟港（Port Arthur）的固體磷酸法異丙苯生產(chǎn)裝置，使生產(chǎn)能力由原來的22.7萬噸/

13、年擴(kuò)增到45.4萬噸/年。陶氏化學(xué)公司也采用該工藝對荷蘭特紐贊地區(qū)的固體磷酸法異丙本苯生產(chǎn)裝置進(jìn)行了改造。1999年，我國上海高橋石化公司投運(yùn)的12萬噸/年苯酚/丙酮裝置中異丙苯生產(chǎn)單元也采用了“Q-Max”工藝，氧化精餾采用凱洛格技術(shù)。UOP法典型的工藝流程包括烷基化反應(yīng)器、脫丙烷塔、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器、苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔。該工藝的烷基化采用固定床反應(yīng)器，催化劑分層裝填，新鮮的苯和循環(huán)苯加入反應(yīng)器，丙烯分段注入，完全轉(zhuǎn)化。產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99.7%，收率接近化學(xué)計(jì)量值99.7%。丙烯原料純度可以是煉廠丙烯級(摩爾分?jǐn)?shù)65%一80%)、化學(xué)級和聚合級。催化劑對普通進(jìn)料雜質(zhì)(如水、硫、二氧雜

14、環(huán)乙烷和腫等)不敏感。此后，該公司又推出了商品名為QZ2000的催化劑。采用該催化劑，允許低苯量循環(huán)操作，新建及老裝置改造投資和操作費(fèi)用均較低。 異丙苯生產(chǎn)技術(shù)方案的選擇通過上面的比較我們可以看出：生產(chǎn)異丙苯具有很大的優(yōu)越性。此外，分子篩催化劑又比固體磷酸催化劑具有很大的優(yōu)越性，因此采用分子篩催化劑用于UOP法生產(chǎn)異丙苯是未來發(fā)展之趨勢。但是分子篩催化劑在現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用中還不是特別的廣泛，所以我們還是依照常規(guī)選用固體磷酸催化劑。因此最終我們確定采用UOP法固體磷酸做催化劑的生產(chǎn)技術(shù)方案路線。操作條件的確定UOP法生產(chǎn)異丙苯是氣固相反應(yīng)，即催化劑為固相固體磷酸催化劑，原料為氣相，因此苯和丙烯在進(jìn)

15、反應(yīng)器之前需要經(jīng)過加熱爐加熱氣化。在反應(yīng)過程中，雖然低溫有利于異丙苯的選擇性，但是低溫條件下催化劑的活性低，不于苯的轉(zhuǎn)化率。高溫雖然有利于苯的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率，但是會加劇副反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)增加能耗。苯過量對反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率有利，但增加了后續(xù)分離成本。因此，在反應(yīng)過程中我們需要綜合各方面的因素來確定合適的反應(yīng)條件。通常我們主要優(yōu)化反應(yīng)器大小和苯的循環(huán)量這兩個(gè)參數(shù)，來達(dá)到高轉(zhuǎn)換率、高選擇性及工藝經(jīng)濟(jì)性。對于反應(yīng)器，其體積越大，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時(shí)所需要的溫度就越低，因此可以節(jié)省能耗和降低二次反應(yīng)的發(fā)生，但是增大了設(shè)備費(fèi)用。2.2 工藝流程設(shè)計(jì) 反應(yīng)原理苯與丙烯烷基化合成異丙苯是典型的付克反應(yīng)屬正碳離子機(jī)理

16、。在催化劑作用下,其反應(yīng)機(jī)理是:苯與丙烯烷基化,首先生成異丙苯。在質(zhì)子酸催化作用下,丙烯被活化成異丙基正碳離子,生成的異丙基正碳離子進(jìn)攻苯環(huán)形成-絡(luò)合物,再經(jīng)質(zhì)子離去完成該烷基化反應(yīng)過程6。沸石作為固體酸催化劑,能催化種類繁多的烴化反應(yīng)。另外,沸石具有接近分子直徑的均勻孔道系統(tǒng),該孔道系統(tǒng)可以選擇地允許小于孔道直徑的反應(yīng)物分子或產(chǎn)物分子進(jìn)出沸石內(nèi)部,在沸石上由于孔道的限制作用,不易生成多異丙基苯。因此,沸石分子篩催化劑具有很高的苯烷基化生成異丙苯的選擇性和很低的烯烴歧聚反應(yīng)特性。本設(shè)計(jì)采用UOP法生產(chǎn)異丙苯的工藝，采用固體磷酸做催化劑。主反應(yīng)： 副反應(yīng)： （少量）這個(gè)反應(yīng)同時(shí)伴有副反應(yīng)，副反應(yīng)

17、雖然反應(yīng)的量很少，但是還是很影響異丙苯產(chǎn)物的收率。物性數(shù)據(jù)和反應(yīng)方程式如下表2-1所示：表2-1 反應(yīng)系統(tǒng)中組分的物性參數(shù)組分分子量沸點(diǎn)（）標(biāo)準(zhǔn)生成含kcal/mol苯丙烯異丙苯二異丙基苯 裝置工藝原則流程圖異丙苯的生產(chǎn)主要包括原料的預(yù)處理、反應(yīng)部分以及產(chǎn)物分離部分。流程簡圖如下圖2-1所示：圖2-1 異丙苯生產(chǎn)裝置原則流程圖(1) 原料的預(yù)處理：固體磷酸催化劑對原料中水分的要求嚴(yán)格，催化劑中游離酸的含量是通過控制進(jìn)料水分含量來實(shí)現(xiàn)的（200250ppm），因此要嚴(yán)格控制水分含量，此外，原料中的硫、氨、堿性有機(jī)物能引起催化劑中毒，亦應(yīng)嚴(yán)格控制。（2）反應(yīng)部分：UOP法采用塔式固定床反應(yīng)器，原料

18、苯和丙烯都為液相進(jìn)料，但也有氣相存在，出口則為氣液混合物，反應(yīng)溫度控制在350左右,反應(yīng)壓力為2.05.0MPa，在工藝條件中控制原料的配比很重要，對UPO工藝來說，不僅要控制苯和丙烯的比（mol），還要控制作為稀釋劑加入的丙烷和丙烯的比（稱為烷烯比）。苯和丙烯的比（mol）控制在（27）：1，苯的大量過量是為了減少二異丙苯的生成（在UOP法中二異丙苯不能反烴化），其另一個(gè)作用是丙烯得到充分的稀釋，減少丙烯的自聚反應(yīng)。烷烯比控制在（810）：1左右，加入丙烷可以稀釋丙烯，減少自聚反應(yīng)，丙烯自聚不僅降低丙烯選擇性，也影響異丙苯的質(zhì)量（丙烯二聚體與異丙苯沸點(diǎn)相近，很難分離）。同時(shí)自聚物可以沉積在催

19、化劑上，降低催化劑的壽命，加入丙烷的另一個(gè)作用保證脫丙烷塔的正常運(yùn)行，而且丙烷蒸出時(shí)帶出的大量的苯可以減輕塔的負(fù)荷。在反應(yīng)中：催化劑顆粒密度：p(cat) = 2000kg/m3，空隙比e = 0.50，固定管到管壁的傳熱系數(shù)： h = 65 W/m2*K（3）產(chǎn)物分離部分及循環(huán)系統(tǒng)：在異丙苯的合成過程中，由于苯的大大過量和作為稀釋劑丙烷的存在，反應(yīng)器出口有大量未反應(yīng)的原料和稀釋劑，還有生成的少量多烴化物。因此必須對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離。在本設(shè)計(jì)中，首先用一個(gè)閃蒸罐將產(chǎn)物中水、丙烷和未反應(yīng)的丙烯分離出來，其應(yīng)用價(jià)值不大，故作為燃料氣。未反應(yīng)的苯及產(chǎn)物進(jìn)入苯塔進(jìn)行分離，塔頂回收的未反應(yīng)的苯打循環(huán)重新

20、進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，塔底流出的多烷基化合物和異丙苯最后進(jìn)入異丙苯精餾塔進(jìn)行精餾分離出異丙苯，要求異丙苯的純度達(dá)到99.5%以上。反應(yīng)產(chǎn)物閃蒸燃料氣苯塔異丙苯塔循環(huán)苯異丙苯二異丙苯由表2-1我們可以看出丙烯、苯、異丙苯及二異丙苯的沸點(diǎn)是依次增大，并且相鄰組分的沸點(diǎn)相差加大，因此可以用普通精餾的方法進(jìn)行分離。如圖2-2所示，為產(chǎn)物分離部分簡單示意圖。 圖2-2 產(chǎn)物分離流程示意圖工藝流程簡述圖2-3 工藝流程示意圖99.5%原料苯在25、1atm下液相進(jìn)料（物流1），與未反應(yīng)的循環(huán)苯（物流10）進(jìn)行混合后預(yù)熱后溫度達(dá)到、1atm，苯的總量（物流2）為511.009kmol/h，另外循環(huán)物料中還含有

21、少量的未反應(yīng)的丙烯及丙烷和反應(yīng)產(chǎn)物異丙苯及二異丙苯?？偭髁繛?93. 0kmol/h物流2經(jīng)過進(jìn)料泵進(jìn)行加壓后壓力由1atm上升至25atm，流量組成不變，溫度變?yōu)椤Ｈ缓笪锪?與25、25atm下98kmol/h 工業(yè)級丙烯（物流4）進(jìn)入混合器中進(jìn)行充分混合，從混合器中流出的物流5的狀態(tài)是液相，溫度為，壓力為25atm，總流量為691.0kmol/h。然后進(jìn)入加熱爐進(jìn)行加熱氣化，從加熱爐出來的物流6的溫度達(dá)到360，此時(shí)苯的總量為511.009kmol/h，丙烯的總量為97.098 kmol/h，苯和丙烯比為5.26：1，然后進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中反應(yīng)器溫度為360，反應(yīng)壓力為2

22、5atm，丙烯的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為92%，其中86%的丙烯生成了異丙苯，6%的丙烯生成了二異丙苯。從反應(yīng)器出口流出的物流7的溫度為350、壓力為25.331atm，相態(tài)為氣相，其進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝冷卻，從而使物流8溫度降至90、壓力降至1.750atm，此時(shí)為氣液兩相共存。物流8進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸罐的操作溫度為90，壓力為1.73 atm，通過閃蒸，可以把物流中的絕大多數(shù)輕組分丙烯丙烷以及少量的苯和產(chǎn)物給閃蒸出來，由于閃蒸器實(shí)用價(jià)值不大，我們通常將其作為燃料氣進(jìn)行燃燒放空。從閃蒸罐底部流出的物流9組分中含有大量為反應(yīng)的苯，我們需要將其打循環(huán)加以利用，因此進(jìn)入苯塔進(jìn)行分離。從苯塔塔頂流出的物料1

23、0的溫度為、壓力為1.75atm，總循環(huán)量為495kmol/h，其中大部分為苯，還有少量的丙烷、丙烯、異丙苯及二異丙苯。從苯塔塔底流出的物流11溫度為、壓力為1.8atm，總流量為85.926kmol/h,主要含有異丙苯，所以需進(jìn)異丙苯塔進(jìn)行分離精制以便達(dá)到所需要的產(chǎn)品純度。經(jīng)過異丙苯塔精制后的得到的物流12溫度為152，壓力為1 atm，異丙苯總流量為83 kmol/h，即9976kg/h，純度為100%，滿足了生產(chǎn)要求。塔底分離出的物流13溫度為，壓力為1atm，主要為副產(chǎn)物二異丙苯。參考文獻(xiàn)：2張佩君.合成異丙苯生產(chǎn)現(xiàn)狀及技術(shù)進(jìn)展J.石化技術(shù)，2005，12（2）；62-65，685 U

24、0PInc.Modified zeolit6溫朗友,閔恩澤,龐桂賜等.懸浮床催化精餾新工藝合成異丙苯J.化工學(xué)報(bào),2000,51(1):115-119.8姜昌泉,孫然功.沸石分子篩催化合成異丙苯工藝研究J.吉林：化工科技,2001,9(1):353710白樺.異丙苯生產(chǎn)技術(shù)新進(jìn)展及市場前景分析J.杭州化工,2007·37(1)11崔小明.異丙苯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及市場需求J.中國石油和化工，2006，（3）：35-39.第3章 物料衡算為了弄清生產(chǎn)過程中原料、成品以及損失的物料數(shù)量，必須要進(jìn)行物料衡算。物料衡算是設(shè)備熱量衡算乃至整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，一般在以下幾種情況下需進(jìn)行物料衡算。對某個(gè)

25、操作過程作物料衡算；對已有的設(shè)備：一個(gè)設(shè)備、一套設(shè)備或整個(gè)車間作物料衡算；設(shè)計(jì)一套新的裝置或一個(gè)新的車間時(shí)，一般均需做出全面的物料衡算。因此正確的物料衡算結(jié)果為正確的設(shè)備熱量衡算和設(shè)備工藝設(shè)計(jì)提供可靠的保證，在整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)過程中具有重要的意義5。3. 物料衡算的計(jì)算依據(jù)6物料衡算為質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，即GI=Go+GA式中， 輸入物料的總和；輸出物料的總和；累計(jì)的物料量。式GI=Go+GA為總物料衡算式。當(dāng)過程沒有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它也適用于物料中任一組分的衡算；但有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它適用于任一元素的衡算。若過程中累積的物料量為零，則該式可簡化為GI=Go上式所描述的過程屬于定態(tài)過程，一般連續(xù)不

26、斷的流水作業(yè)（即連續(xù)操作）為定態(tài)過程，其特點(diǎn)是在設(shè)備的各個(gè)不同位置，物料的流速、濃度、溫度、壓強(qiáng)等參數(shù)可各自不相同，但在同一位置上這些參數(shù)隨不同時(shí)間而變。若過程中有物料累積，則屬于非定態(tài)過程，一般間歇操作（即分批操作）屬于非定態(tài)過程，在設(shè)備的同一位置上諸參數(shù)隨時(shí)間而變。式GI=Go+GA或式GI=Go中各股物料數(shù)量可用質(zhì)量或物質(zhì)量衡量。對于液體及處于恒溫、恒壓下的理想氣體還可用體積衡量。常用質(zhì)量分率表示溶液或固體混合物的濃度（即組成），對理想混合氣體還可用體積分率（或摩爾分率）表示濃度。3.物料衡算的計(jì)算范圍和計(jì)算基準(zhǔn)作物料衡算時(shí)需要確定一個(gè)計(jì)算范圍，即從哪里開始作為進(jìn)料，從哪里作為出料。根據(jù)

27、實(shí)際需要來確定計(jì)算范圍，可以是某一設(shè)備或一套設(shè)備。對分批操作，可從開始加料到最終出料作為計(jì)算范圍，有時(shí)也取整個(gè)過程中的某一階段作為物料衡算的范圍。作物料衡算時(shí)也要選定一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。例如分批操作可以分批投料量或每晝夜的處理量作為計(jì)算基準(zhǔn)。連續(xù)生產(chǎn)可以用每小時(shí)、每天或每分鐘的投料量作為計(jì)算基準(zhǔn)。根據(jù)需要有時(shí)也采用每噸產(chǎn)品或原料作為計(jì)算基準(zhǔn)，或者用每千摩爾（kmol）的投料量作為計(jì)算基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)的選擇是跟據(jù)物料衡算的目的和計(jì)算的方便來考慮決定7-8。3. 操作流程3.2 主要設(shè)備的物料衡算流程中主要設(shè)備有混合器(2個(gè))，反應(yīng)器，閃蒸罐，苯塔，異丙苯塔。3. 混合器3.2.1.1 混合器1 圖3-1 混

28、合器1流程圖3.2.1.2 混合器2圖3-2 混合器2流程圖3.2.2 反應(yīng)器 圖3-3 反應(yīng)器流程圖3. 閃蒸罐 圖3-4 閃蒸罐流程圖3. 苯塔 圖3-5 苯塔流程圖 3. 異丙苯塔 圖3-6 異丙苯塔流程圖3.3 全裝置物料衡算圖3-7 異丙苯生產(chǎn)流程圖 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流1 物流10 物流2 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯98.00 7655.14 1.0000 1.0000 416.

29、67 32547.88 0.8330 0.7780 514.67 40203.02 0.8610 0.8120 丙烯0.00 0.00 0.0000 1.0000 4.02 169.14 0.0080 0.0040 4.02 169.14 0.0070 0.0030 丙烷0.00 0.00 0.0000 0.0000 5.47 241.24 0.0110 0.0061 5.47 241.24 0.0090 0.0050 異丙苯0.00 0.00 0.0000 0.0000 73.82 8872.43 0.1480 0.2120 73.82 8872.43 0.1230 0.1790 二異丙苯0

30、.00 0.00 0.0000 0.0000 0.02 3.06 38PPM73PPM0.02 3.06 32PPM62PPM合計(jì)98.00 7655.14 1.0000 1.0000 500.00 41833.76 1.0000 1.0000 598.00 49488.89 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì)表3.2 混合器2的物料平衡表 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流3 物流4 物流5 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr

31、 分 率 分 率苯514.67 40203.02 0.8610 0.8120 0.00 0.00 0.0000 0.0000 514.67 40203.02 0.7390 0.7500 丙烯4.02 169.14 0.0070 0.0030 93.10 3917.71 0.9500 0.9480 97.12 4086.85 0.1400 0.0760 丙烷5.47 241.24 0.0091 0.0050 4.90 216.07 0.0500 0.0520 10.37 457.31 0.0150 0.0090 異丙苯73.82 8872.43 0.1230 0.1790 0.00 0.00 0

32、.0000 0.0000 73.82 8872.43 0.1060 0.1650 二異丙苯0.02 3.06 32PPM 62PPM0.00 0.00 0.0000 0.0000 0.02 3.06 27PPM57PPM合計(jì)598.00 49485.84 1.0000 1.0000 98.00 4133.78 1.0000 1.0000 696.00 53622.67 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 表3.3 反應(yīng)器的物料平衡表 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流6 物流7 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr

33、 kg/hr 分 率 分 率苯514.67 0.7390 0.7500 428.24 33451.16 0.7060 0.6240 丙烯97.12 4086.85 0.1400 0.0760 7.77 326.95 0.0130 0.0060 丙烷10.37 457.31 0.0150 0.0090 10.37 457.31 0.0170 0.0090 異丙苯73.82 8872.43 0.1060 0.1650 157.34 18911.39 0.2590 0.3530 二異丙苯0.02 3.06 27PPM57PPM2.93 475.86 0.0050 0.0090 合計(jì)696.00 53

34、622.67 1.0000 1.0000 606.65 53622.67 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 表3.4 閃蒸罐的物料平衡表 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流8 GAS 物流9 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯428.24 33451.16 0.7060 0.6240 11.59 903.45 0.5590 0.6760 416.67 32547.71 0.7110 0.6220 丙烯7.7

35、7 326.95 0.0130 0.0060 3.75 157.80 0.1810 0.1180 4.02 169.14 0.0070 0.0030 丙烷7 457.31 0.0170 0.0090 4.90 216.07 0.2370 0.1620 5.47 241.24 0.0090 0.0050 異丙苯157.34 18911.39 0.2590 0.3530 0.49 58.40 0.0230 0.0440 156.85 18852.98 0.2680 0.3610 二異丙苯2.93 475.86 0.0050 0.0090 0.00 0.18 53PPM133PPM2.93 475.

36、68 0.0050 0.0090 合計(jì)606.65 53622.67 1.0000 1.0000 20.72 1335.91 1.0000 1.0000 585.94 52286.77 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 表3.5 苯塔的物料平衡表 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流9 物流10 物流11 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯416.67 32547.71 0.7110 0.6220 416.67

37、32547.88 0.8330 0.7780 TRACETRACETRACETRACE丙烯4.02 169.14 0.0070 0.0030 4.02 169.14 0.0080 0.0040 TRACETRACETRACETRACE丙烷5.47 241.24 0.0090 0.0050 5.47 241.24 0.0110 0.0061 TRACETRACETRACETRACE異丙苯156.85 18852.98 0.2680 0.3610 73.82 8872.43 0.1480 0.2120 83.03 9980.30 0.9660 0.9550 二異丙苯2.93 475.68 0.00

38、50 0.0090 0.02 3.06 38PPM73PPM2.91 472.62 0.0340 0.0450 合計(jì) 52286.77 1.0000 1.0000 500.00 41833.76 1.0000 1.0000 85.94 10452.92 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 表3.6 異丙苯塔的物料平衡表 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 出 料 物流11 物流12 物流13 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯

39、TRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACETRACE丙烯TRACETRACETRACETRACE0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.0000 丙烷TRACETRACETRACETRACE0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.0000 異丙苯83.03 9980.30 0.9660 0.9550 81.35 9777.71 1.0000 1.0000 1.69 202.59 0.3670 0.3000 二異丙苯2.91 472.62 0.0340

40、0.0450 0.00 0.13 10PPM14PPM2.91 472.49 0.6330 0.7000 合計(jì)85.94 10452.92 1.0000 1.0000 81.35 9777.84 1.0000 1.0000 4.60 675.08 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 項(xiàng) 目 進(jìn) 料 物流1 物流4 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯98.00 7655.14 1.0000 1.0000 0.00 0.00 0.0000 0.0000 丙烯0.00 0.00 0.

41、0000 1.0000 93.10 3917.71 0.9500 0.9480 丙烷0.00 0.00 0.0000 0.0000 4.90 216.07 0.0500 0.0520 異丙苯0.00 0.00 0.0000 0.0000 0.00 0.00 0.0000 0.0000 二異丙苯0.00 0.00 0.0000 0.0000 0.00 0.00 0.0000 0.0000 合計(jì)98.00 7655.14 1.0000 1.0000 98.00 4133.78 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì) 項(xiàng) 目 出 料 GAS 物流12 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量 流 率 流 率 摩

42、 爾 質(zhì) 量 kmol/hr kg/hr 分 率 分 率kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯11.59 903.45 0.5590 0.6760 TRACETRACETRACETRACE丙烯3.75 157.80 0.1810 0.1180 0.00 0.00 0.00 0.00 丙烷4.90 216.07 0.2370 0.1620 0.00 0.00 0.00 0.00 異丙苯0.49 58.40 0.0230 0.0440 81.35 9777.71 1.0000 1.0000 二異丙苯0.00 0.18 53PPM133PPM0.00 0.13 10PPM14PPM合計(jì)20.7

43、2 1335.91 1.0000 1.0000 81.35 9777.84 1.0000 1.0000 項(xiàng) 目 出 料 物流13 流 率 流 率 摩 爾 質(zhì) 量kmol/hr kg/hr 分 率 分 率苯TRACETRACETRACETRACE丙烯0.00 0.00 0.0000 0.0000 丙烷0.00 0.00 0.0000 異丙苯1.69 202.59 0.3670 0.3000 二異丙苯2.91 472.49 0.6330 0.7000 合計(jì)4.60 675.08 1.0000 1.0000 質(zhì)量合計(jì)3.4 操作條件匯總表3-8 操作條件匯總表設(shè)備操作溫度/操作壓力/bar進(jìn)料置熱負(fù)

44、荷/Gcal/hr回流比回流溫度反應(yīng)器350頂部-加熱爐36025中部-閃蒸罐90頂部-苯塔3異丙苯塔頂152.4 底16412152換熱器350/90- -見附錄。3.6 物料恒算結(jié)果匯總及小結(jié) 3.6.1 物料恒算結(jié)果匯總 見表3-1至表3-7。第4章 熱量衡算4.1 熱量衡算概述 4.1.1 熱量恒算原則 工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書的編制。其中一個(gè)主要依據(jù)是能量平衡方程： Qin=Qout+Q1 å å 其中， Qin表示輸入設(shè)備熱量的總和； Qout 表示輸出設(shè)備熱量的總和； Q1 表示損失熱量

45、的總和。 對于連續(xù)系統(tǒng)： Q+W=Hout-Hin å 其中， Q 設(shè)備的熱負(fù)荷 W 輸入系統(tǒng)的機(jī)械能 Hout離開設(shè)備的各物料焓之和 Hin進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和 在進(jìn)行全廠熱量衡算時(shí)，是以單元設(shè)備為基本單位，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放和單純的物理變化帶來的熱量變化。最終對全工藝段進(jìn)行系統(tǒng)級的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。 4. 熱量衡算任務(wù) 在進(jìn)行全裝置的熱量衡算中，主要通過定量計(jì)算完成下述基本任務(wù)： Ø 確定工藝單元中物料輸送機(jī)械（如泵）所需要的功率，以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型； Ø 確定換熱單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計(jì)算換熱設(shè)備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗