年產(chǎn)50萬噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)已附翻譯

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章引言1.1苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯，分子式C58,結(jié)構(gòu)式C6H5cHCH2,是不飽和芳姓最簡(jiǎn)單、最重要的成員，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、丙烯月青-丁二烯-苯乙烯三聚體（ABS、苯乙烯-丙烯月青共聚體（SAN、苯乙烯-順丁烯二酸酊共聚體（SMA和丁苯橡膠（SBR）。苯乙烯（SM是含有飽和側(cè)鏈的一種簡(jiǎn)單芳姓，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，25c時(shí)其溶解度為0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醴等溶劑中。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(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?1%（體積分?jǐn)?shù)）。苯乙烯（SM具有乙烯基烯姓的性質(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脂，也易與丙烯月青共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯月青共聚為ABSfi料，還能與順丁烯二酸酊、乙二醇、鄰苯二甲酸酊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)1900萬噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為2150?2250萬噸。原料的主要性質(zhì)與用途乙苯的主要性質(zhì)乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醴，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（如高銳酸鉀）或催化劑作用下，用空氣第1頁共52頁

.f?牝W南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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)常數(shù)名稱計(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)C553.014爆炸范圍%（體積）2.3?7.4乙苯的主要用途乙苯是一個(gè)重要的中間體，主要用來生產(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、乙基慈釀等；同時(shí)它又是制藥工業(yè)的主要原料。苯乙烯常見生產(chǎn)方法環(huán)球化學(xué)/魯姆斯法以乙苯為原料，采用脫氫反應(yīng)器，由開始的單級(jí)軸向反應(yīng)器，中間經(jīng)歷開發(fā)了雙級(jí)軸向反應(yīng)器到雙徑向反應(yīng)器再到雙級(jí)徑向反應(yīng)器的各種組合優(yōu)化的多種反應(yīng)器；反應(yīng)器的操作壓力有開始的正壓發(fā)展到今天的負(fù)壓；汽油比有開始的2.5:1發(fā)展到今天1.3:1;蒸汽消耗由開始的10kg/kgSM發(fā)展到今天的4kg/kgSMUOPLummu酌ClassicSM^程中乙苯脫氫工藝裝置主要有蒸汽過熱爐、絕熱型反應(yīng)器、熱回收器、氣體壓縮機(jī)和乙苯/苯乙烯分離塔。過熱爐將蒸汽過熱至800c而作為第2頁共52頁葡二:“南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)熱引入反應(yīng)器。乙苯脫氫的工藝操作條件為550?650C,常壓或減壓，蒸汽/乙苯質(zhì)量比為1.0?2.5。圖1.1UOP/Lummus的ClassicSM工藝流程UOP/LummuS勺”SMARTSM工藝是在ClassicSM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新工藝，即在工藝ClassicSM工藝的脫氫反應(yīng)中引入了部分氧化技術(shù)。可提高乙苯單程轉(zhuǎn)化率達(dá)80犯上?！癝MART技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過提高乙苯轉(zhuǎn)化率，減少了未轉(zhuǎn)化乙苯的循環(huán)返回量，使裝置生產(chǎn)能力提高，減少了分離部分的能耗和單耗；以氫氧化的熱量取代中間換熱，節(jié)約了能量；甲苯的生成需要?dú)洌瞥龤浜鬁p少了副反應(yīng)的發(fā)生；采用氧化中間加熱，由反應(yīng)物流或熱泵回收潛熱，提高了能量效率，降低了動(dòng)力費(fèi)用，因而經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。該技術(shù)可用于原生產(chǎn)裝置改造，改造容易且費(fèi)用較低。目前采用“SMART工藝SM裝置有3套在運(yùn)行。圖1.2Lummus的SMAR億果脫氫工藝流程圖表1.1"SMART與Classic比較Classic“SMART苯乙烯選擇性/%95.695.6乙苯轉(zhuǎn)化率/%69.885水比1.71.3蒸汽/苯乙烯/t/t2.31.3燃燒油/苯乙烯/kg/t114.069.01.3.2Fina/Badger法Badger工藝采用絕熱脫氫，蒸汽提供脫氫需要的熱量并降低進(jìn)料中乙苯的分壓和抑制結(jié)焦。蒸汽過熱至800?900C,與預(yù)熱的乙苯混合再通過催化劑，反應(yīng)溫度為650C,壓力為負(fù)壓，蒸汽/乙苯比為1.5%?2.2%。圖1.3Fina/Badger法乙苯脫氫工藝生產(chǎn)流程示意圖巴斯夫法巴斯夫法工藝特點(diǎn)是用煙道氣加熱的方法提供反應(yīng)熱，這是與絕熱反應(yīng)的最大不同。其流程如下圖所示：圖1.4巴斯夫法工藝流程示意圖Halcon法Halcon法又稱P0-SM聯(lián)產(chǎn)法。Halcon法公司開發(fā)，于1973年在西班牙實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。反應(yīng)過第3頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)程中乙苯在液相反應(yīng)器中用氧化成過氧化物，反應(yīng)條件為壓力0.35MPa,溫度141C,停留時(shí)間4h,生成的乙苯過氧化物經(jīng)提濃度到17淅，進(jìn)入環(huán)氧化工序。環(huán)氧化溫度為110C、壓力為4.05MPa環(huán)氧化反應(yīng)液經(jīng)蒸儲(chǔ)得環(huán)氧丙烷。環(huán)氧化另一產(chǎn)物甲基甲醇在260C、常壓下脫水得苯乙烯。反應(yīng)流程如圖4所示。1-過氧化塔；2-提液塔；3-環(huán)氧化塔；4,5-分離塔；6-環(huán)氧丙烷提濃塔；7-甲基節(jié)酯脫水塔；8-苯乙烯提濃塔；9-苯乙酮加氫器圖1.5Halcon法工藝流程示意圖裂解汽油萃取分離法日本日本東麗公司開發(fā)了Stex法裂解汽油萃取分離苯乙烯技術(shù)，同時(shí)還開發(fā)了專用萃取劑，可分離出純度大于99.7%的苯乙烯，同時(shí)可生產(chǎn)對(duì)二甲苯，并降低裂解汽油加氫負(fù)荷，生產(chǎn)成本僅為乙苯脫氫法的一半。環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法環(huán)氧烷聯(lián)產(chǎn)法是先將乙苯氧化成乙苯氫過氧化物，再使之在MoW崔化劑存在下與丙烯反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷和-苯乙醇，后者脫水可得到苯乙烯。其優(yōu)點(diǎn)是克服了AlCl3法有污染、腐蝕和需要氯資源的特點(diǎn)；缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)、投資大，對(duì)原料質(zhì)量要求較高，操作條件嚴(yán)格，聯(lián)產(chǎn)品多，每噸苯乙烯聯(lián)產(chǎn)0.45t左右的環(huán)氧丙烷，因此不適宜建中小型裝置。目前世界上擁有該技術(shù)的有阿爾科化學(xué)、殼牌和德士古化學(xué)。第2章生產(chǎn)工藝說明本工藝設(shè)計(jì)說明生產(chǎn)任務(wù)年產(chǎn)50萬噸精苯乙烯，純度》99.8%。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)具有深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝。魯姆斯（UOBLummus經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM單體中最成熟和第4頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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)乙苯（EB）脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來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，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)回收姓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（DMo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分儲(chǔ)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）在最后苯乙烯分儲(chǔ)塔內(nèi)進(jìn)行分儲(chǔ)，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。生產(chǎn)控制參數(shù)及具體操作1投料配比水蒸氣：乙苯=3:1（質(zhì)量比）2溫度、壓強(qiáng)和時(shí)間脫氫溫度控制在600c左右，負(fù)壓；多塔分離控制在常溫，常壓。3具體操作在脫氫反應(yīng)器600c條件下，加入定量的水蒸氣、乙苯和氧氣混合氣體，反應(yīng)完全后；通到冷凝器進(jìn)行冷凝、降溫；輸送到氣體壓縮機(jī)油水分離器將有機(jī)相和無機(jī)相分離，保持恒溫20c左右;和阻聚劑一起加到粗儲(chǔ)塔中，初步分離，塔頂為乙苯、苯和甲苯，塔底為苯乙烯、焦油；將其送至乙苯塔和苯乙烯精制塔，乙苯塔分離出乙苯和甲苯、苯，把乙苯送回脫氫反應(yīng)器，還將甲苯和苯送到苯/甲苯塔分離，分離出甲苯和苯。生產(chǎn)工藝流程見LummuS勺”SMART乙苯脫氫工藝流程圖。第5頁共52頁

**口3時(shí)**口3時(shí)（|dhlUtdJ圖2.1Lummus的SMAR億果脫氫工藝流程圖生產(chǎn)工藝的反應(yīng)歷程催化劑.500?600c反應(yīng)方程式催化劑.500?600c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；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)：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，加上氧化銘、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：乙苯二2?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。生產(chǎn)過程1脫氫過程在脫氫反應(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；水蒸氣用量過多或反應(yīng)溫度過高，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油水分離過程冷凝后，因反應(yīng)中的水蒸氣變?yōu)樗ㄟ^氣體壓縮機(jī)和油水分離器，將有機(jī)相和水分離。4多塔分離過程油水分離的有機(jī)相進(jìn)入粗儲(chǔ)塔，并加入阻聚劑防止苯乙烯聚合，還要進(jìn)入乙苯塔、苯乙烯精儲(chǔ)塔、苯/甲苯塔，將依次它們分離出來，把分離出來的乙苯送回脫氫反應(yīng)器，使其循環(huán)。第6頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)原料、產(chǎn)品及半成品產(chǎn)品化學(xué)名稱：苯乙烯規(guī)格：含量》99.8%化學(xué)名稱：苯乙烯規(guī)格：含量》99.8%沸點(diǎn)：145.2C折光率：1.5439（25C）2.3.2原料化學(xué)名稱：乙苯分子量：106.16折光指數(shù)：1.4959（25C）英文名稱：styrol分子量：104.15熔點(diǎn)：一30.6C結(jié)構(gòu)式：C6H5CHCH2結(jié)構(gòu)式：C6H5CH2CH3沸點(diǎn)：136.2C密度：0.8671g/cm3半成品乙苯經(jīng)脫氫反應(yīng)器反應(yīng)后，反應(yīng)生成物送乙苯一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）。催化劑催化劑以三氧化二鐵為主，加上氧化銘、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。阻聚劑在苯乙烯工藝中，需要阻聚劑的有兩個(gè)地方：一是苯乙烯精儲(chǔ)系統(tǒng)，二是苯乙烯產(chǎn)品貯存系統(tǒng)。在精微塔中，苯乙烯處于120c的高溫，阻聚劑主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，在蒸儲(chǔ)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（TB。。第7頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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；半間歇操作過程是間歇操作過程的連續(xù)操作過程。全間歇與半間歇（統(tǒng)稱間歇式操作）的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種容易；具缺點(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，一般單線生產(chǎn)能力為2?10萬噸/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)50萬噸。取年工作日為300天，則每晝夜生產(chǎn)能力為33,1666.610kg。每日生產(chǎn)能力同樣為化66.610kg苯乙烯，這樣的規(guī)模采用連續(xù)操作是比較合理的。第3章物料衡算生產(chǎn)能力的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為50萬噸/年。開工因子=生產(chǎn)裝置開工時(shí)間/年自然時(shí)間。為了充分利用設(shè)備，開工因子應(yīng)取的較大，接近1,但又不能等于1。因?yàn)檫€要考慮到設(shè)備的檢修以及開停車等情況。開工因子一般取為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大，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?？芍颗系纳a(chǎn)能力為（500000X103/300）Kg/天=1666.6103kg/天。以此作為物料衡算的標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律是“進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，必須等于離開這個(gè)系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中損失量和在系統(tǒng)中累計(jì)量”。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：式中G4105—輸入物料量總和；G出一離開物料量總和;第8頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)G損G積一系統(tǒng)中積累量。各設(shè)備的物料衡算進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算1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%勺雜質(zhì)氣體。每批產(chǎn)苯乙烯：G8=1666.6Kg投料比：水蒸氣：乙苯=3:1(質(zhì)量比)轉(zhuǎn)化率：脫氫過程為90%分離率：多塔分離過程為98%每班理論投料乙苯量：G1=(1666.6/24X103X106.16)/(104.15X90%X98%98%)=8.1884X104Kg每班理論投水蒸氣量：G2=3X8.1884X104=24.565X104Kg每批原料實(shí)際投入量：G〔二(8.1884義104/0.996)Kg=8.2213乂104KgG2=(24.565X104/0.95)Kg=25.585X104Kg雜質(zhì)：G3=(25.585-24.565)X104Kg+(8.2213-8.1884)X104Kg=1.3259X104Kg催化劑的量：G4=(25.585+8.2213)X104X0.3%Kg=.3259X103Kg2脫氫過程計(jì)算轉(zhuǎn)化率為：90%苯乙烯的產(chǎn)量G5=(8.1884X104x104.15X90%)/106.16Kg=7.23X104Kg氫氣的產(chǎn)量：G6=(8.1884X104X90%2)/106.15Kg=1.3885X103Kg第9頁共52頁?、.，/.，叮南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)氧氣的加入量：G7=（0.5X32X1.3885X103）/2=1.1108X103Kg乙苯剩余量：G8=8.1884X104x（1—90%=8.1884X103Kg生成水G9=（1.3885X103X18）/2=1.2496X104Kg進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算見表3.1。表3.1進(jìn)出脫氫反應(yīng)器的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出物料名稱質(zhì)里Kg序號(hào)物料名稱質(zhì)里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723005169.16苯1127焦油558催化劑1022.4總計(jì)352923352923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20c左右表3.2進(jìn)出冷凝油水分離器的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出序號(hào)物料名稱質(zhì)里Kg序號(hào)物料名稱質(zhì)里Kg1乙苯8188.41乙苯8188.42苯乙烯723002苯乙烯723003169.1有機(jī)層3169.14苯1124苯1125焦油555焦油556水蒸汽271076無機(jī)層6水2710767總計(jì)催化劑1022.43529237催化劑1022.4352923粗儲(chǔ)塔的物料衡算將有機(jī)相加入粗儲(chǔ)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表3.3粗儲(chǔ)塔的物料衡算表（Kg/批）輸入輸出KgKg第10頁共52頁

越虹Q/南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18188.48188.42苯乙烯72300塔頂169.13169.1苯1124苯112苯乙烯723005焦油55塔底焦油556阻聚劑242.45阻聚劑242.4581066.9581066.95乙苯塔的物料衡算表將粗儲(chǔ)塔塔頂?shù)奈锪霞尤氲揭冶剿校M(jìn)行分離。表3.4乙苯塔的物料衡算表輸入輸出物料名稱質(zhì)里Kg序號(hào)物料名稱質(zhì)里Kg1乙苯8188.4169.12169.1塔頂苯1123苯1124塔底乙苯1637.68總計(jì)8469.58469.5苯乙烯精儲(chǔ)塔的物料衡算將粗儲(chǔ)塔塔底的物料加到苯乙烯的精微塔中進(jìn)行分離，進(jìn)一步濃縮苯乙烯的濃度。表3.5苯乙烯精儲(chǔ)塔的物料衡算表輸入輸出物料名稱質(zhì)里Kg序號(hào)物料名稱質(zhì)里Kg1苯乙烯723002焦油55塔頂苯乙烯723003阻聚劑242.45塔底焦油55阻聚劑242.45總計(jì)72597.4572597.45苯/甲苯的物料衡算將乙苯塔塔頂?shù)奈锪纤偷奖?甲苯塔中，進(jìn)行分離。表3.6苯/甲苯塔的物料衡算表輸入輸出序號(hào)物料名稱質(zhì)量Kg序號(hào)物料名稱質(zhì)量Kg1苯112塔頂聚112第11頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2169.1而169.1總計(jì)281.1總計(jì)281.1物料流程圖根據(jù)以上物料衡算，物料流程見圖3.7（kg/h）在實(shí)際在實(shí)際式中：Q1一所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量；冷卻劑Q2一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“+”冷卻劑吸收熱量為“-”），KJ;Q3一過程的熱效率，（符號(hào)規(guī)定過程放熱為“+”；過程吸熱為“-”）；第12頁共52頁dZhr南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Q4一反應(yīng)終止時(shí)物料的始(輸出反應(yīng)器的物料的始)；Q5一設(shè)備部件所消耗的熱量，KJ;Q6一設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失，KJ;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25C0從(1—1)式中可得：Q2Q4Q5Q6QiQ3(1-2)式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法熱量計(jì)算Qi和Q4的計(jì)算Qi和Q4均可以用下式計(jì)算：式中：mi—反應(yīng)物體系中組分i的質(zhì)量，Kg;G一組分i在0—TC時(shí)的平均比熱容，KJ/(Kg-C)<J/(KmolC);工(T2)一反應(yīng)物系反應(yīng)前后的溫度，C=[(81884X1.738)+(245650乂4.2)+(11108X3.5)]乂373=452420052.2KJ=[(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Q5=376146336.9KJQ6的計(jì)算設(shè)備向四周散失的熱量Q6可用下式計(jì)算：式中A—設(shè)備散熱銘記(褶)；第13頁共52頁J,/'Nil!南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Tw一設(shè)備外表溫度，C；T—環(huán)境介質(zhì)溫度，C；8一操作過程持續(xù)時(shí)間(s);a一對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，W/(nf?C)當(dāng)空氣做自然對(duì)流，散熱層表面溫度為50?350c時(shí)，經(jīng)計(jì)算得=104.926m2a=8+0.05Tw=8+0.05X60=11W/(m2-C)Q6=104.926X11X(100-25)X3X3600X103=934890.66KJ過程效應(yīng)熱Q3的計(jì)算過程效應(yīng)熱可分為兩類，一類是化學(xué)過程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)；另一類是物理過程熱效應(yīng)。物料經(jīng)化學(xué)變化過程，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程熱效應(yīng)較低，可忽略不計(jì)，故過程熱效應(yīng)可由下式表示：式中Qr一化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，KJ；Qp一物理過程熱效應(yīng)，KJ;(可忽略不計(jì))Qr可通過標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱q0計(jì)算：式中q0一標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱，KJ/mol;Ga一參與化學(xué)反應(yīng)的A物質(zhì)質(zhì)量，KgMA—A物質(zhì)分子量。反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)始為：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/molQr=Q3=(1000X72300X51.86/104.15)=36000748.9KJ第14頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷Q2的計(jì)算=(42774317.87+376146336.9+934890.66)-(452420052.2+36000748.9)=-68565255.67KJ查手冊(cè)得冷卻水得Cp為4.187KJ/(Kg?C),則冷卻水的用量GQ/[Cp(t出t進(jìn))]=68565255.67/[4.187X(60-25)]=467878.5Kg熱量衡算表由能量守恒定律QiQ2Q3Q4Q5Q6,能量衡算結(jié)果見表4.1表4.1熱量衡算表輸入輸出KJ/hKJ/h所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量452420052.2反應(yīng)終了時(shí)物料的燃42774317.87加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量68565255.67設(shè)備部件所消耗的熱量376146336.9過程的熱效率36000748.9物理過程熱效應(yīng)934890.66化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)36000748.9總計(jì)419855545.4419855545.4第5章設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型苯/甲苯精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算DXr通過計(jì)算D=1.435kmol/h,--,設(shè)98%可知原料披的處理量為F=7.325kmol/h,由Fxf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)后再精微。故D=28.7koml/h,F=146.5kmol/h組分為Xf0.18，要求塔頂儲(chǔ)出液的組成為Xd0.90，塔底釜液的組成為Xw0.01。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：Et52%0第15頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)精儲(chǔ)塔的物料衡算1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量Ma78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量Mb92.13kg/kmol2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量Mf0.18X78.11+(1-0.18)X92.13=89.606kg/kmolMd0.9x78.11+(1-0.9)X92.13=79.512kg/kmolMw0.01x78.11+(1-0.01)X92.13=91.9898kg/kmol3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塔板數(shù)的確定1理論板層數(shù)Nt的求取苯一甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。①由物性手冊(cè)查得苯一甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出X—y圖，見下圖5.1圖5.1圖解法求理論板層數(shù)②求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e(0.45,0.45)作垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為故最小回流比為取操作回流比為R=2%in21.12.2③求精儲(chǔ)塔的氣、液相負(fù)荷第16頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)L=RD=2.2X27.89=61.358kmol/hV=(R+1)D=(2.2+1)X27.89=89.248kmol/hLF61.358146.5207.858kmol/h1VV89.248kmol/h④求操作線方程精儲(chǔ)段操作線方程為提儲(chǔ)段操作線方程為⑤圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖5.1。求解結(jié)果為總理論板層數(shù)Nt=12.5(包括再沸器)進(jìn)料板位置Nf62實(shí)際板層數(shù)的求取精儲(chǔ)段實(shí)際板層數(shù)N精5/0.529.6取10提儲(chǔ)段實(shí)際板層數(shù)Nf7.50.5214.42取15精儲(chǔ)塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算以精儲(chǔ)段為例計(jì)算1操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力每層塔板壓降進(jìn)料板壓力精微段平均壓力2操作溫度計(jì)算塔頂操作壓力每層塔板壓降進(jìn)料板壓力精微段平均壓力2操作溫度計(jì)算P0.7kPaPF101.30.710112.3kPaPm(105.3112.3)/2108.8kPa依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯，甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。計(jì)算結(jié)果如下:塔頂溫度tD82.1C塔頂溫度第17頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)料板溫度tF99.5C進(jìn)料板溫度精儲(chǔ)段平均溫度tm(82.199.5)/290.8C3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：由Xdy10.9,查平衡曲線得xi=0.916MVDm0.9X78.11+(1-0.9)x92.13=79.512kg/kmolMLDm0.916X78.11+(1-0.916)x92.13=79.288kg/kmol由Xdy10.9,查平衡曲線得xi=0.916MVDm0.9X78.11+(1-0.9)x92.13=79.512kg/kmolMLDm0.916X78.11+(1-0.916)x92.13=79.288kg/kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：由圖解理論板得yF0.604查平衡曲線得xF0.388MVFm0.604X78.11+(1-0.604)x92.13=83.66kg/kmolMLFm0.388X78.11+(1-0.388)x92.13=86.69kg/kmol精微段平均摩爾質(zhì)量：MVm(79.512+83.66)/2=81.586kg/kmolMLm(79.299+86.69)/2=82.99kg/kmol4平均密度的計(jì)算(1)氣相平均密度計(jì)算(2)液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即1Lma「i塔頂液相平均密度的計(jì)算：由tD=82.1C,查手冊(cè)得―/3―/3A=812.7kg/mb807.93kg/m進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算：由tF99.5C,查手冊(cè)得第18頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)A=793.1kg/m3B790.8kg/m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率精儲(chǔ)段液相平均密度為L(zhǎng)m(812.5+791.6)/2=802.1kg/m35液體平均表面張力計(jì)算液體平均表面張力依下式計(jì)算，即塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由tD=82.1C,查手冊(cè)得A21.24mN/mB21.42mN/mLDm0.9義21.24+0.1義21.42=21.25mN/m進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算：由tF99.5C,查手冊(cè)得A18.90mN/mB20.0mN/mLFm=0.388義18.90+0.612義20.0=19.57mN/m精儲(chǔ)段液相平均表面張力為L(zhǎng)m=(21.25+19.57)/2=20.41mN/m6液體平均粘度計(jì)算液體平均粘度依下式計(jì)算，即塔頂液相平均粘度的計(jì)算由tD=82.1C,查物性手冊(cè)得a0.302mPa?sb0.306mPa?sLgLDm0.9Lg(0.302)+0.1Lg(0.306)解出LDm0.302mPa?s進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算：由tF99.5C,查物性手冊(cè)得第19頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)A0.256mPa?sb0.265mPa?sLgLFm=0.388Lg(0.256)+0.612Lg(0.265)解出LFm0.261mPa?s精儲(chǔ)段液相平均表面張力為L(zhǎng)m(0.302+0.261)/2=0.282mPa-s精儲(chǔ)塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1塔徑的計(jì)算精儲(chǔ)段的氣、液相體積流率為V"89.24881.5860.690m3/s3600Vm36002.93式中C由式計(jì)算，其中的C20由課本查取，圖的橫坐標(biāo)為L(zhǎng)hl0.00173600,802.1、/_k)=4.018Vh；V0.00736002.93取板間距Ht0.40m,板上液層高度hL=0.06m,則Ht-hL=0.40-0.06=0.34m查圖得C20=0.072取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為U=0.7max0.7X1.196=0.837m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為D=1.2m塔截面積為實(shí)際空塔氣速為2精儲(chǔ)塔有效高度的計(jì)算精儲(chǔ)段有效高度為Z精(N精1)Ht(10-1)X0.4=3.6m提儲(chǔ)段有效高度為第20頁共52頁7"?，"南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Z提(N提1)Ht(15-1)X0.4=5.6m在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m故精儲(chǔ)塔的有效高度為Z=Z精Z提0.83.6+5.6+0.8=10m塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1溢流裝置計(jì)算因塔徑為D=1.0m可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下:(1)堰長(zhǎng)lW取lW=0.66D=0.66X1.0=0.66m(2)溢流堰高度hw取hwhlhow選用平直堰，土!上液層高度hOW由下式計(jì)算2即h0W2.84匚L即h0W10001w近似取E=1,則取板上清液層高度hL=60mm故hW=0.06-0.013=0.047m(3)弓形降液管寬度Wd和截面積Af由—0.66D查課本圖得故A=0.0722At=0.0722義0.785=0.0567m2Wd0.124D0.124X1.0=0.124m依下式驗(yàn)算液體在降液管中提留時(shí)間，即第21頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3600AfHt36000.05670.40f--13.34s>5sLh0.00173600故降液管設(shè)計(jì)合理。(4)降液管底隙高度h0取00.08m/s皿0.00173600則h0-0.032m36000.660.08hWh00.0470.0320.015m>0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度為hw0.05m2塔板布置⑴塔板的分塊因D>0.8m,故塔板采用分塊式。查課本得，塔板分為3塊。⑵邊緣區(qū)寬度確定取WsWs10.065m,Wc0.035m⑶開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積A按下式計(jì)算，即其中D(WdWs)0.5(0.1240.065)0.311m22故Aa2(yp2—sin1-)=0.532m2180r(3)篩孔計(jì)算及其排列所處理的物系無腐蝕性，可選用=3mn<鋼板，取篩孔直徑d=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d=3x5=15mm篩孔數(shù)目n為開孔率為氣體通過閥門的氣速為VsAVsA00.1010.5320.621/11.56m/s第22頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5.1.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1塔板壓降(1)干板阻力hc計(jì)算干板阻力hc由下式計(jì)算，即由d。/531.67,查圖得，C00.772故hc0.0511156~2920.0416m液柱0.772801.1(2)氣體通過液層的阻力hi計(jì)算氣體通過液層的阻力hi由下式計(jì)算，即查圖得,0.61查圖得,0.61故h1hL(hWhow)0.61(0.0470.013)0.0366m液柱(3)液體表面張力的阻力h由下式計(jì)算，即氣體通過每層塔板的液柱高度hp可下式計(jì)算，即hp0.0416+0.0366+0.0021=0.080m液柱氣體通過每層塔板的壓降為PphpLg0.08x802.1X9.81=629Pa啾計(jì)值700Papp2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。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。3液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算，即5.71063.2aHthf故eV5.71060.85320.411030.4014kg液/kg氣故本設(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0,min可由下式計(jì)算，即第23頁共52頁麗二南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)=5.985m/s實(shí)際孔速011.56m/s穩(wěn)定系數(shù)為K=—H561.93>1.50,min5.985故設(shè)計(jì)中無明顯漏液。5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從下式的關(guān)系苯-甲苯物系屬一般物系，取0.5,則T^HdhphLhd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即Hd=0.08+0.06+0.001=0.141m液柱故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。5.2粗儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算表5.1乙苯和苯乙烯的飽和蒸氣壓：溫度/C136.2137138139140乙苯P:/kPa70.4379.2188.2696.44112.1苯乙烯P；/kPa60.270.1680.1484.2588.15PA1小管木日熔妗曲1田上的木日V#摩妗曲1號(hào)匕宗名漏上御羊冬禾U田/］才、/1.358x/「」川」n叮舁/「日牛女反，用1，刁怕X」d牛女反衣小飛K叉1供T人亦，利用Za工1y0PB10.358X表5.2粗儲(chǔ)塔平衡數(shù)據(jù)表t/C136.21371381391401.1631.1291.1011.1451.272x0.7800.5810.4120.2580.130y0.8280.6530.4880.3210.169溫度為20①利用平衡數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)圖上繪出平衡曲線及對(duì)角線，如圖所示0在圖上定點(diǎn)H(Xd,Xd)、點(diǎn)e(xf,xf)和點(diǎn)c(xw,xw)三點(diǎn)。第24頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)②精微段操作線方程截距=上空750.217，在y軸上定出點(diǎn)b。連接ab,即得精儲(chǔ)段操作線。R13.51③先按下法計(jì)算q值。原料液的汽化熱為rm0.44400106.160.56389104.1541372.196kJ/koml查出進(jìn)料組成xF0.44時(shí)溶液的泡點(diǎn)為136C,平均溫度為(136+20)/2=78C。由物性手冊(cè)查得78c下乙苯和苯乙烯的比熱容為1.87kJ/(kg-C),故原料液的平均比熱容為cp1.87106.160.441.87104.150.56196.418kJ/(kg?C)所以q包L」mrm所以q包L」mrm再?gòu)狞c(diǎn)e作斜率為2.81的直線，即得q線。④連接cd,即為提儲(chǔ)段操作線。⑤自點(diǎn)a開始在操作線和平衡線之間繪梯級(jí)，圖解得理論板層數(shù)10(包括再沸器)，自塔頂往下數(shù)第五層為加料板，如圖5.2所示。圖5.2圖解法求理論板層數(shù)Z=10X0.4+10X0.4+0.8=8.8m空塔氣速為=1m/ss0.765m3/s則D則D取1.2mTOC\o"1-5"\h\z塔截面積AT-D2-1.20.942m2

44乙苯塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算表5.3甲苯和乙苯的飽和蒸氣壓：溫度/C110.8115120125130136.2甲苯P：/kPa101.33124.2131.3163.2184.1200.1乙苯P；/kPa186.698.7108.6TOC\o"1-5"\h\zP0219y利用P^計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，用平均相對(duì)揮發(fā)度表示氣液平衡關(guān)系，利用公式y(tǒng)。P；11.19x第25頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)表5.3乙苯塔氣液平衡數(shù)據(jù)表t110.8115120125130136.22.5332.192.0451.8851.865X1.0000.8200.6420.5320.4120y1.0000.90890.79700.71340.60540溫度為20c進(jìn)料利用平衡數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)圖上繪出平衡曲線及對(duì)角線，如圖所示。在圖上定點(diǎn)a(XD,XD)、點(diǎn)e(xf,xf)和點(diǎn)c(Xw,xw)三點(diǎn)。精微段操作線方程截距=旦”860.219，在y軸上定出點(diǎn)bo連接ab,R13.51即得精儲(chǔ)段操作線，Xf0.51,Xf0.49。③先按下法計(jì)算q值。原料液的汽化熱為rm0.51379.4920.49370106.1637048.256kJ/kmol,查出進(jìn)料組成xf0.51時(shí)溶液的泡點(diǎn)為110C,平均溫度為(110+20)/2=65C。由物性手冊(cè)查得78c下甲苯和乙苯的比熱容為1.86kJ/(kg?C),故原料液的平均比熱容為cp1.86920.511.86106.160.49184.02kJ/(kg-C)Cptrm184.029037048.256q1.447「所以q—1.447,3.237rm37048.256q11.4471再?gòu)狞c(diǎn)e作斜率為3.237的直線，即得q線。④連接cd,即為提儲(chǔ)段操作線。⑤自點(diǎn)a開始在操作線和平衡線之間繪梯級(jí)，圖解得理論板層數(shù)12(包括再沸器)，自塔頂往下數(shù)第六層為加料板，如圖5.3所示。圖5.3圖解法求理論板層數(shù)Z=11X0.4+6X0.4+0.8=7.6m空塔氣速為=1m/s,s0.245m3/s為了解決成本，選取和其他塔一樣的尺寸。則塔截面積為D取為了解決成本，選取和其他塔一樣的尺寸。則塔截面積為D取1.2m第26頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)苯乙烯精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)通過計(jì)算可知原料液的處理量為F=452.02kmol/h,組分為xF0.3,要求塔頂儲(chǔ)出液的組成為Xd0.997，塔底釜液的組成為xw0.001。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Et52%o.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MA104.15kg/kmol焦油的摩爾質(zhì)量(假設(shè))MB300kg/kmol.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF0.3X104.15+(1-0.3)X300=241.245kg/kmolMd0.997義104.15+(1-0.997)義300=104.738kg/kmolMB0.001X104.15+(1-0.001)義300=299.8042kg/kmol.物料衡算原料處理量F=2260.1kmol/h再根據(jù)物料衡算可知，m苯乙烯72300kg,m焦油55kg；可見苯乙烯精儲(chǔ)塔中只有微量的焦油，故可設(shè)定塔高和塔徑：精儲(chǔ)段有效高度Z精(N精1)Ht(10-1)X0.4=3.6m提儲(chǔ)段有效高度Z提(N提1)Ht(5-1)X0.4=1.6m在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m故精儲(chǔ)塔的有效高度為Z=Z精Z提0.83.6+1.6+0.8=5m塔徑取D=1.2m.5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)式三種類型。蒸發(fā)式冷第27頁共52頁

南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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)。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。熱負(fù)荷Q為：式中Cp流體的平均比熱容，KJ/(Kg?C);t—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t2tt2t1125.6C?500ln——10查得0.65,所以tmtm0.89125.6111.784CMuQM376146336.92故S7159.4mKt470111.784查化工原理上冊(cè)得，選用TB/4715-92，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。.6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。第28頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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，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開面積，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。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。5.7過熱蒸汽爐過熱蒸汽爐的設(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6章設(shè)備一覽表及公用工程設(shè)備年產(chǎn)50萬噸苯乙烯需要的設(shè)備及其規(guī)格如表6.1所示：表6.1主要生產(chǎn)設(shè)備一覽表第29頁共52頁

序號(hào)項(xiàng)目南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)格數(shù)量1序號(hào)項(xiàng)目南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)格數(shù)量1過熱蒸汽爐選用HS201或HS2192脫氫反應(yīng)器選用標(biāo)準(zhǔn)3氧化脫氫反應(yīng)器選用標(biāo)準(zhǔn)4冷凝器G273I-16-55氣體壓縮機(jī)選用標(biāo)準(zhǔn)6油水分離機(jī)選擇標(biāo)準(zhǔn)7粗儲(chǔ)塔篩板塔Z=8.8m,D=1.2m8乙苯塔篩板塔Z=7.6m,D=1.2m9苯乙烯精福塔篩板塔Z=5.0m,D=1.2m10"與苯塔篩板塔Z=10.0m,D=1.2m11動(dòng)力泵2BA-6A型，流量20m3/h100?150噸風(fēng)冷水塔2個(gè)，作為冷卻水循環(huán)使用裝置。12111111118公用工程規(guī)格電對(duì)輸入的動(dòng)力電源的要求：采用單回路電壓為380伏，頻率為50赫茲，允許波動(dòng)范圍±3%電器設(shè)備對(duì)電源的要求：(1)對(duì)于電動(dòng)機(jī)，使用380伏交流電。(2)正常照明用220/380伏交流電，事故照明用220伏直流電。(3)電器部分控制，信號(hào)及繼電保護(hù)用220伏直流電。(4)儀表電源用100伏和24伏。6.2.2冷卻水(1)溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進(jìn)水溫度+10C第30頁共52頁

麗3時(shí)（IJharjiw麗3時(shí)（IJharjiw?南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(2)壓力：回水壓力一對(duì)于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設(shè)接力泵，因此回水壓力設(shè)為0.4MPa(G)。供水壓力：考慮到回水壓力加上熱交換阻力和管道系阻力，因此取0.6MPa(G)(3)污垢系數(shù)：根據(jù)水質(zhì)處理費(fèi)用和熱交換費(fèi)用，決定污垢系數(shù)為0.000145(n2-h-C)KJ。6.2.3加熱蒸汽根據(jù)生產(chǎn)需要決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓0.4MPa(G),進(jìn)反應(yīng)器溫度為600C,出反應(yīng)器溫度為100C。第7章車間布置設(shè)計(jì)車間布置設(shè)計(jì)重要性車間布置設(shè)計(jì)是從理論走向生產(chǎn)的重要一環(huán)，其中要進(jìn)行各種管路和各種附加設(shè)備的布置，詳細(xì)情況請(qǐng)見圖紙。車間布置的主要內(nèi)容包括確定各工藝設(shè)備在車間的平面和立面位置以及設(shè)備的空間方位，確定車間內(nèi)主要道路及通道的位置，確定各種管道、管線的位置和走向。一個(gè)好的設(shè)備布置方案應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)合理、操作方便、符合安全生產(chǎn)的要求、設(shè)備排列整齊美觀?？傮w布局主要應(yīng)該滿足生產(chǎn)、安全、發(fā)展三個(gè)方面的要求車間生產(chǎn)要求總體布局首先要求保證直徑和簡(jiǎn)捷的生產(chǎn)作業(yè)線，盡可能避免交叉和迂回，使各種物料的輸送距離為最小。同時(shí)將水、電、汽耗量大的車間盡量集中，形成負(fù)荷中心，并使其與供應(yīng)來源靠近，使水、電、汽輸送距離為最小。車間總體布局還應(yīng)使人流和貨流的交通路線徑直和簡(jiǎn)捷，避免交叉和重疊。車間安全要求化工生產(chǎn)車間具有易燃、易爆、有毒的特點(diǎn)，車間應(yīng)充分考慮安全布局、嚴(yán)格遵守防火、衛(wèi)生等安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，重點(diǎn)是防止火災(zāi)和爆炸的發(fā)生。車間發(fā)展要求車間布置要求有較大的彈性，對(duì)于生產(chǎn)車間的發(fā)展變化有較大的適應(yīng)性。也就是說，隨著工廠不斷的發(fā)展變化，車間的不斷擴(kuò)大，車間的生產(chǎn)布局和安全布局方面仍能保持合理的布置。第31頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第8章“三廢”處理和安全事項(xiàng)廢水化工廢水是指化學(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。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)過程中因含有一些低沸點(diǎn)組分而帶臭味。一般采用填料式廢氣洗滌器用水洗滌后除去臭味排除。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、銘渣、制堿廢渣和磷肥工業(yè)廢渣。本工藝生產(chǎn)中因山蒼子油中含有少量重組分物質(zhì)，可用燃燒的方法處理。副產(chǎn)品處理一覽表表8.1副產(chǎn)品處理一覽表名稱處理方法苯、甲苯作為有機(jī)溶劑出廠焦油作為涂料原料出廠廢物處理一覽表表8.2廢物處理一覽表名稱狀態(tài)毒性處理方法觸媒殘?jiān)腆w有挖坑掩埋脫氫尾氣氣體微作補(bǔ)充燃料第32頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)油水分離器污水液體油水分離器污水液體符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排入下水道安全事項(xiàng)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。結(jié)論.苯乙烯是具有極好經(jīng)濟(jì)效益的精細(xì)化工產(chǎn)品，適用于各種有機(jī)化工原料，市場(chǎng)前景極為廣闊。.采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝，設(shè)備簡(jiǎn)單，改變生產(chǎn)品種容易，工藝投資收益高，經(jīng)濟(jì)效益很好。.本工藝采用乙苯和水蒸汽為原料，脫氫生產(chǎn)出苯乙烯；先后經(jīng)過冷凝、壓縮油水分離、粗儲(chǔ)、精儲(chǔ)收集苯乙烯。生產(chǎn)技術(shù)成熟、可靠，工藝合理，原料成本相對(duì)較低，產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率都很高。還有這個(gè)生產(chǎn)工藝流程，操作和設(shè)備都比較穩(wěn)定，收效快，適合大型企業(yè)選用。.本工藝因水洗徹底，而且重要設(shè)備采用了耐腐蝕的不銹鋼材料，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。生產(chǎn)中注重對(duì)“三廢”的處理，適應(yīng)綠色化工的步伐，在較大程度上減少了對(duì)環(huán)境的污染。綜上所述本工藝設(shè)計(jì)是可行的，而且很有設(shè)計(jì)建設(shè)價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]夏清，陳常貴.化工原理.天津[M].天津大學(xué)出版社，2008年[2]Dong-MinKim,E.BruceNauman.AnionicPolymerizationofStyreneinaTubularReactor[J].Ind.Eng.Chem.Res.1999,38:1856-1862[3]賈紹義，柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì).天津[M]:天津大學(xué)出版社，2007年[4]MallvadhaniRVetal:[J]IndianJChem1987,25B：823[5]蔡麗娟.苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)[J].化工進(jìn)展，2001(3):74-78.[6]饒興鶴.苯乙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝技術(shù)進(jìn)展[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2002(5):33-35.[7]金秋.苯乙烯的技術(shù)進(jìn)展[J].精細(xì)化工原料及中間體，2008(4):19-23.第33頁共52頁南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)[8]左文明，李小軍.苯乙烯生產(chǎn)工藝及國(guó)產(chǎn)化技術(shù)進(jìn)展[J].煉油與化工，2007（3）:55-56.TOC\o"1-5"\h\z[9]左識(shí)之.精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，1998年[10]湯善莆，朱思明.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M]（第二版）.上海：華東理工大學(xué)出版社，2004年[11]顧芳珍，陳國(guó)桓.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1994年[12]邙生魯.化學(xué)工程師全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年[13]國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992年[14]化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)編寫組.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1979年[15]唐爾鈞，詹長(zhǎng)福.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1985年[16]汪家鼎等主編.化學(xué)工程手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社[17]陳勝宗.化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005年[18]婁愛娟,吳志泉，吳敘美.化工設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2002年[19]劉光啟，馬連湘，劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年[20]王斌，李磊，張國(guó)華.中文版AutoCAD2006實(shí)用培訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005年[21]魏崇光，鄭曉梅.化工工程制圖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994年謝辭本次化工設(shè)計(jì)我們繼化工原理課程設(shè)計(jì)后對(duì)化工設(shè)計(jì)課程的又一次深刻的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐，為我們以后從事化工行業(yè)的工作以及科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師劉慧君教授的親切關(guān)懷指導(dǎo)下完成的，從課題的選定到工藝合成路線、設(shè)備以及附屬設(shè)備的工藝尺寸和選型的確定，劉老師都予以耐心的指導(dǎo)，給了我極大的關(guān)懷與幫助；同時(shí)劉老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和高度的敬業(yè)精神深深的感染了我，使我在設(shè)計(jì)過程中受益頗多，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了搞工藝設(shè)計(jì)的艱辛，尤其是意識(shí)到查資料的重要性，在此請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)劉老師表示崇高的敬意和真心的謝意！在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我也得到了化學(xué)工程與工藝教研室其他老師以及同學(xué)的熱心幫助，讓我得以如期完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此，一并向老師和同學(xué)致以由衷的感謝。由于我自身的知識(shí)和認(rèn)識(shí)水平有限，設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。英文原文及翻譯AnionicPolymerizationofStyreneinaTubularReactorDong-MinKim?andE.BruceNauman*

第34頁共52頁ZIT南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)TheIsermannDepartmentofChemicalEngineering,RensselaerPolytechnicInstitute,Troy,NewYork12180-3590Forhigh-volumeproducts,continuousprocessesaregenerallypreferredoverbatchprocessessincetheytypicallygivemoreconsistentqualityatlowercost.Despitethis,mostcommercialanionicpolymerizationsarebatchbecauseofavarietyofstabilityissues.Thispaperexploresthefeasibilityofatubularprocessforhigh-molecular-weightpolystyrenewithlowpolydispersity.Experimentalresultsshownumber-averagechainlengthsof600-2600withpolydispersitiesof1.05-1.42.Apparentsteadystateswereachieved.Acomprehensiveprocessmodelbasedonavailabletransportandkineticpropertiesgavereasonablepredictions.Asingleadjustableparameterimprovedthemodeltothepointthatitisadequatefordesignpurposes.Thisadjustableparameteraccountsfortheinitialdeactivationofan-butyllithiuminitiatorduetothetracecontaminatesintherawmaterials.Scale-uptoindustrial-scaleproductionappearsfeasible,althoughlong-termstabilitymustbeexplored.IntroductionAnionicpolymerizationisrankedthirdinimportanceafterfreeradicalpolymerizationandZiegler-Nattapolymerization.Asof1990,over77000metrictonsofpolymerswereproducedbyanionicpolymerizationinabout20manufacturingplantsaroundtheworld.Relativelyfewtypesofpolymersareproducedindustriallybyanionicpolymerization.Therepresentativeapplicationistheproductionofthermoplasticrubberssuchaspolyisoprene,polybutadiene,andstyrene-butadienecopolymers.Theadvantagesofanionicpolymerizationanditsproductshavebeendiscussedmanytimes.TherehasbeensubstantialpatentactivityinrecentyearsincludingUS5391655,US4829135,DE4327495,DE4235786,WO98/07765,WO98/07766,andWO96/18682.Thesepatentssuggeststrongindustrialinterest,yetsomefundamentalquestionsonprocessfeasibilityremainunanswered.Anionicpolymerizationscanbeconductedinbatchreactors,continuous-stirredtankreactors(CSTRs),ortubularreactors.Mostcommercialprocessesarebatcheventhoughcontinuousprocesseshavetheoreticaladvantages.TheCSTRgivespolymersoffairlybroadmolecular-weightdistributionwhichthuslackthekeyadvantageusuallysoughtinanionicpolymerizations.Idealtubularreactorscangivenarrow-molecular-weightdistributions,butrealtubularreactorshavetwoseriousproblems:(i)Thedevelopmentofviscositygradientsacrossthereactorwhichmayleadtohydrodynamicinstabilitiessuchasplugging.(ii)Thepossibilityofthermalrunawayduetothecombinationofhighheatsofpolymerizationandlowheat-transfercoefficientsinlaminarflow.Forthesereasons,anionicpolymerizationinatubularreactorhasbeendiscussedinonlyafewpublications.ThefirstmodelingwasdonebyLynnandHuffforthepolymerizationofbutadienewithn-butyllithium.Theyusedadistributedparametermodelthatincludedthecalculationoftheaxialvelocityprofile.Theirsolutionsshowedhighlyelongatedandpotentiallyunstablevelocityprofiles.Despitethis,theircalculatedpolydispersitieswerelow.GebertandBandermannstudiedisoprenepolymerizationwithn-butyllithiuminatubularreactor.Theinitiatorwasintroducedatthereactorinletandinthemiddleofthereactor.MeiraandJohnsonoptimizedanionicpolymerizationofstyrenewithaperiodicmonomerfeedtoobtainpolymerswithveryhighpolydispersitieswhicharenotpossibleatsteadystate.Pankeconductedandmodeledananionicpolymerizationofstyreneandbutylmethacrylateinatubularreactor.Malkinetal.modeledanioniccaprolactampolymerizationovertheconversionrangeof0.8-1.0.Theirvelocityprofilebecamestronglyextendedduringpolymerizationandgaveafirstappearancetimeof0.34.Inacompanionstudy,Malkinetal.consideredthegeneralproblemofcalculatingmolecular-weightdistributionsinvariableviscosity,tubular,livingpolymerizations.VerStrate,Cozewith,andJustudiedtheZiegler-Nattapolymerizationofethyleneandpropylenetogivenearlymonodisperse,taperedcopolymers.Althoughnotanionic,theirsystemapproximatesalivingpolymerization.Theprocessisnowcommercialandgivesapolydispersityof1.35.Itapparentlyoperatesintheturbulentregime,atleastatthereactorinlet.Thepresentpaperfocusesonlaminarflow.Anidealanionicpolymerizationinbatchhasthefollowingcharacteristics:Polymersofnarrow-molecular-weightdistributioncanbeproduced.Thepolydispersityofananionicpolymercanbeapproximatedas第35頁共52頁，一?南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)X1PD=々1——…(1)XnXnwherexwandxnaretheweight-andnumber-averagechainlengths.Thenumber-averagechainlengthcanbepredictedfromstoichiometry,anditcanbeeasilycontrolledbyoperatingconditions:molesofmonomerreactedXn=……⑵molesofinitiatorreactedBlockcopolymerscanbepreparedbythesequentialadditionofmonomers.Withacombinationofhighmolecularweightandlowpolydispersity,anionicpolymerswouldbeexpectedtohavedifferentiatedmarketscomparedto,say,freeradicalpolymers.Also,specialtypolymerssuchasblockcopolymers,polymerswithfunctionalendgroups,starpolymers,andcyclicpolymerscanbepreparedbyanionicpolymerization.KineticModelThemolecular-weightdistributioninanideal,anionicpolymerizationcanbesimplyanalyzed,subjecttothefollowingassumptions:(i)Theinitiationreactionisfastcomparedtothepropagationreaction.Alloftheinitiatorreactsinstantlywiththemonomerandchangestoactivesitesbeforeanypropagationoccurs.(ii)Thepropagationrateisindependentofchainlength.(iii)Therearenoterminationorchain-transferreactionsduringthepolymerization.(iv)Aschainlength,n,increases,thepolymerconcentration,PndecreasessothatnPnandn2Pncanbeneglectedforsufficientlylargen.(v)Polymerizationproceedsisothermally.ThereactionmechanismofanidealanionicpolymerizationisTOC\o"1-5"\h\zinitiationI+MR(3)propagat