年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計

年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計黃山學(xué)院本科畢業(yè)論文PAGE本科生畢業(yè)論文（2014屆）題目：年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名：柳傳紅學(xué)號：21007051036指導(dǎo)教師：詹益民職稱（學(xué)位）：講師合作導(dǎo)師：詹益民職稱（學(xué)位）：講師完成時間：2014年4月25日成績：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明茲呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。本人在論文寫作中參考的其他個人或集體的研究成果，均在文中以明確方式標(biāo)明。本人依法享有和承擔(dān)由此論文而產(chǎn)生的權(quán)利和責(zé)任。聲明人（簽名）：柳傳紅2012年4月25日PAGE1目錄中文摘要………………3外文摘要………………4引言……………………61概述…………61.1原料與產(chǎn)品概述……………61.1.1原料概述………………61.1.2產(chǎn)品概述……………61.1.3產(chǎn)品用途…………………62苯乙烯的市場分析………………62.1世界市場分析………………62.2國內(nèi)市場分析及發(fā)展趨勢…………………73苯乙烯生產(chǎn)工藝流程……………73.1苯乙烯主要生產(chǎn)工藝………73.2苯乙烯生產(chǎn)工藝流程的選擇………………73.3生產(chǎn)工藝流程簡圖…………83.4工藝流程的敘述……………84設(shè)計任務(wù)書……………………95工藝計算………………………95.1物料衡算……………………95.2能量衡算…………………135.3主要設(shè)備選型………………165.3.1苯乙烯精餾塔操作條件………………165.3.2理論板數(shù)的計算……………………175.3.3進(jìn)料板位置的確定………………175.3.4塔徑及塔高的計算……………………185.3.5塔板主要工藝尺寸的計算………………205.3.6冷凝器的設(shè)計……………216生產(chǎn)事故預(yù)防及發(fā)展建議………226.1生產(chǎn)事故預(yù)防………………226.2發(fā)展建議…………………23PAGE27副產(chǎn)品及廢棄物處理…………23參考文獻(xiàn)……………25致謝…………………263年產(chǎn)8萬噸苯乙烯工藝設(shè)計化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝柳傳紅（21007051036）指導(dǎo)老師：詹益民摘要：以年產(chǎn)8萬噸苯乙烯為生產(chǎn)目標(biāo)，采用乙苯脫氫制得苯乙烯的工藝方法，對整個工段進(jìn)行工藝設(shè)計和設(shè)備選型。設(shè)計對整個工藝流程進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，對設(shè)備理論上進(jìn)行了尺寸計算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計要求，達(dá)到所需要的工藝條件。設(shè)計還附帶一張帶控制點的工藝流程圖和一張化工設(shè)備圖。關(guān)鍵詞：苯乙烯；乙苯脫氫；工藝計算；乙苯苯乙烯精餾PAGE4Theprocessdesignofannualoutput80,000tonsstyreneLiuchuanhongDirector：zhanyimin（CollegeofChemistryandchemicalengineering，HuangshanUniversity,Huangshan,Anhui,245041）Abstract：Thedesignisbasedonanannualoutputof80,000tonsfortheproductionofstyrene,usingethylbenzenedehydrogenationofstyrenetoprocessmethod,processforthewholeprocessdesignandequipmentselection.Thedesignofthewholeprocessflowisthematerialbalance,heatbalancecalculations,theoryofequipmentsizecalculationandchoose,maketheequipmenttomeetthedesignrequirements,toneedprocessconditions.Thedesignincludesanauxiliarytakecontroloftheprocessflowchartanddiagramofchemicalequipment.KeyWords:styrene；ethylbenzene；dehydrogenationprocesscalculation；Ethylbenzeneandstyrenedistillation5引言苯乙烯最早發(fā)現(xiàn)于蘇合香脂，是一種天然香料。直到19世紀(jì)三四十年代才被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，是由法本公司和陶瓷化學(xué)公司采用乙苯脫氫法進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)。但由于精餾技術(shù)未有大的發(fā)展而得到限制。直到道化學(xué)公司和BASF公司才在精餾技術(shù)上有突破，得到高純度苯乙烯單體并聚合生成穩(wěn)定、透明、無色塑料。第二次世界大戰(zhàn)過后，不僅是苯乙烯產(chǎn)量快速上升，而且也出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)技術(shù)，先后有美國的乙苯共氧化法和日本的裂解汽油抽提法，之后實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。近年來我國在建筑材料、家庭電器、汽車行業(yè)等方面取得飛快的發(fā)展，這無疑刺激了苯乙烯類樹脂的消費(fèi)水平，我國苯乙烯行業(yè)都是處于供求不足的狀態(tài)，每年都需要依靠世界市場來滿足國內(nèi)市場的需求。因此必然導(dǎo)致國內(nèi)苯乙烯的價格上升。70多年來，不斷提高苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)水平，成熟于五六十年代的工藝，后期又由于受市場上能源、原料價格及國家綠色環(huán)保政策等因素的影響，使得苯乙烯的生產(chǎn)做到低耗能、原料的重復(fù)利用以及對工業(yè)上的“三廢”優(yōu)化處理，逐漸取代了傳統(tǒng)的工藝，使得苯乙烯的生產(chǎn)技術(shù)水平得到進(jìn)一步提高，更能跟得上時代的發(fā)展腳步。本文主要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行物料衡算和能量衡算以及對設(shè)備理論上進(jìn)行了尺寸計算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計要求，達(dá)到所需要的工藝條件，同時分析了國內(nèi)外苯乙烯的生產(chǎn)和供需情況，并對生產(chǎn)苯乙烯過程中所發(fā)生的危險事故的發(fā)生及工藝上的問題作了介紹，提出了一些對未來市場上有用的生產(chǎn)新技術(shù)。結(jié)合實際生產(chǎn)與事故，對苯乙烯生產(chǎn)中存在的一些危險進(jìn)行了預(yù)防。不斷的在生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模和新的技術(shù)水平上提高，能夠做到苯乙烯從產(chǎn)量及質(zhì)量達(dá)到新的高度，讓我國苯乙烯市場具有高的競爭力。設(shè)計過程中涉及到有機(jī)、化工原理以及化工分離工程、化工熱力學(xué)等多門學(xué)科的知識。通過本次設(shè)計讓我更清晰的掌握了這些學(xué)科的一些基本知識，更加鞏固了曾經(jīng)在課堂上所學(xué)的。PAGE61概述1.1原料與產(chǎn)品概述1.1.1原料概述乙苯分子式為C6H5C2H5

，相對分子質(zhì)量為106，是生產(chǎn)苯乙烯的中間體，無色有芳香氣味，熔點（℃）：-94.9，沸點（℃）：136.2，易燃具有毒性。原料中乙苯：>99.95%（w%）1.1.2產(chǎn)品概述苯乙烯（SM）是通過苯取代乙烯分子上的一個氫原子所形成的具有無色、有特殊香氣的油狀有機(jī)化合物。分子式C8H10，相對分子量104。苯環(huán)可與乙烯基形成共軛電子對，其不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑中；有毒，在空氣中允許濃度為0.1mg/L。該物質(zhì)會對地表水、土壤、大氣和飲用水造成污染，甚至造成水體污染，嚴(yán)重影響水下生物的生存和人的生活健康。由于其具有強(qiáng)的揮發(fā)性和易被光解，故在儲存時切不可暴露的大氣中，但其也可以被一些微生物降解，即能被特異的菌叢所破壞，亦能被空氣中的氧所氧化成苯甲醚、甲醛及少量苯乙醇，且易燃，遇明火、強(qiáng)氧化劑有引起燃燒爆炸的危險，其氣體形態(tài)與空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限1.1%~6.1%（氣體體積分?jǐn)?shù)）。1.1.3產(chǎn)品用途苯乙烯主要用來生產(chǎn)生活中所熟知的各種家電、包裝材料、建筑材料以及一些高性能的樹脂和彈性體的原料。其中苯乙烯需求量最大的當(dāng)屬聚苯乙烯（PS），聚苯乙烯又包括通用聚苯乙烯（GPPS）、高抗聚苯乙烯（HIPS）、可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）。生產(chǎn)的其他的材料有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）、苯乙烯-丙烯腈樹脂（SAN）、不飽和聚酯樹脂（UPR）、丁二烯-苯乙烯橡膠（SBR）以及丁二烯苯乙烯乳液等。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)裝飾、照明指示、電絕緣材料以及光學(xué)儀器零件、透明模型、玩具、日用品、汽車制造、家用電器、造紙、紡織、制鞋等工業(yè)部門。不僅如此，它還可作為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料及選礦劑的中間體，用途十分廣泛[1]。2苯乙烯市場分析[2~3]2.1世界市場分析世界苯乙烯產(chǎn)能主要分布在北美、西歐及東北亞地區(qū)。世界苯乙烯產(chǎn)能穩(wěn)步增長，2002-2012年年均增長3.3%，2012年底世界總產(chǎn)能約3260萬t/年。2012年世界苯乙烯消費(fèi)量達(dá)到2735萬噸，2012年的產(chǎn)量年均增長2.1%，2012年總PAGE7產(chǎn)量約2760萬噸，2012-2017年均增速3.5%，未來世界苯乙烯的消費(fèi)將保持增長，2017年達(dá)到3250萬噸。目前為止世界上生產(chǎn)的苯乙烯已供過于求，世界苯乙烯的生產(chǎn)都將趨于緩和。2.2國內(nèi)市場分析及發(fā)展趨勢中國苯乙烯產(chǎn)能增長迅速，2002-2012年的年均增長率達(dá)到13%；2013年，中國苯乙烯擬在建項目的產(chǎn)能約為340萬噸/年；2012年中國苯乙烯表觀消費(fèi)量達(dá)到800萬噸，同比增長4.8%；中國聚苯乙烯產(chǎn)能增長迅速，2012年的年均增長率達(dá)到13%；中國ABS樹脂生產(chǎn)能力較快增長，2002-2012年的年均增長率達(dá)到14%；幾年來中國苯乙烯缺口較大，自給率逐年提升2010年自給率首次超過50%，2012年已超過55%2017年中國苯乙烯缺口仍較大，預(yù)計將保持在目前水平。全球苯乙烯的生產(chǎn)能力已經(jīng)出現(xiàn)了過剩的態(tài)勢，在亞洲當(dāng)中中國所占有的苯乙烯消費(fèi)比例不斷增加，這樣我國就需要從世界市場滿足需求。雖然目前我國苯乙烯的生產(chǎn)還有很大的進(jìn)步空間，但隨著我國各個行業(yè)的發(fā)展迅速就會導(dǎo)致苯乙烯的需求量增加，這樣就會刺激生產(chǎn)苯乙烯的各個企業(yè)之間的競爭，將使得這些企業(yè)不斷擴(kuò)大生產(chǎn)，帶動了苯乙烯生產(chǎn)設(shè)備的投資快速增長。又由于聚苯乙烯和ABS樹脂等苯乙烯的產(chǎn)品保持增長的態(tài)勢。苯乙烯需求增大就要擴(kuò)大規(guī)模來生產(chǎn)，帶動周圍國家和企業(yè)去挑戰(zhàn)機(jī)遇。這樣一定程度上能夠緩和苯乙烯生產(chǎn)能力。因此，國內(nèi)苯乙烯市場發(fā)展?jié)摿^大。3苯乙烯生產(chǎn)工藝流程3.1苯乙烯主要生產(chǎn)工藝目前，工廠規(guī)?；a(chǎn)苯乙烯工藝路線[3]：乙苯催化脫氫、環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)、裂解汽油抽提三種方法。其中工藝路線生產(chǎn)苯乙烯乙苯脫氫占79%，裂解汽油抽提法占2%，環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法占19%。雖然環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)不僅有苯乙烯產(chǎn)品，還有環(huán)氧丙烷，但其工藝流程復(fù)雜且又長，在設(shè)備上就有大量的投資，流程長又易造成能源耗損大，而裂解汽油抽提在原料方面獲得較困難。相比之下乙苯脫氫目前更具有優(yōu)勢，目前我國大概有90%的采用此工藝方法。其中乙苯催化脫氫法又可分為（1）多管等溫脫氫工藝；（2）絕熱催化脫氫工藝。3.2苯乙烯生產(chǎn)工藝流程的選擇在工藝流程的選擇上要遵從“技術(shù)上先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上合理”的原則來考慮問題，絕熱催化脫氫所用反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單且裝置費(fèi)用可觀，也有很強(qiáng)的生產(chǎn)力。而多管等溫脫氫流程較復(fù)雜且等溫條件難控制。在絕熱反應(yīng)器中單段反應(yīng)器生產(chǎn)能力還行，但由于其低的轉(zhuǎn)化率和選擇性且高能耗，不滿足技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。采用兩段反應(yīng)器很好解決以上缺點而應(yīng)用。故采用的工藝為兩段絕熱催化脫氫。83.3生產(chǎn)工藝流程圖[4]反應(yīng)器反應(yīng)器甲苯/乙苯塔苯甲苯苯乙烯苯/甲苯塔苯乙烯精餾塔循環(huán)乙苯冷凝器圖3-1工藝流程簡圖尾氣乙苯水預(yù)熱器壓縮機(jī)分離器3.4工藝流程的敘述反應(yīng)過程主要反應(yīng)：C6H5C2H5

→

C6H5CHCH2+H2

(3-1)生成苯乙烯和氫氣，反應(yīng)的選擇性為95%轉(zhuǎn)化率為60%；發(fā)生的副反應(yīng)有：C6H5C2H5

→

C6H6+C2H4

(3-2)C6H5C2H5+H2

→C6H5CH3+CH4

(3-3)兩反應(yīng)的選擇性分別為1%、3%，反應(yīng)過程中產(chǎn)生苯、甲苯、乙烯和甲烷。苯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計過程分為催化脫氫和精餾分離階段。首先原料乙苯通過加熱變成乙苯蒸氣與水產(chǎn)生的水蒸汽在有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)之后進(jìn)入冷卻器和分離器，氣體則通過收集處理或直接排放，分離出的液體產(chǎn)物則進(jìn)入甲苯/乙苯塔進(jìn)行初步分離，塔頂?shù)玫郊妆胶捅?，進(jìn)入苯/甲苯塔進(jìn)行精餾富集苯和甲苯，塔底得到乙苯和苯乙烯進(jìn)入到苯乙烯精餾塔進(jìn)一步分離，分離得到塔頂出產(chǎn)品苯9乙烯，塔底分離得到乙苯則進(jìn)入循環(huán)乙苯重新利用。4設(shè)計任務(wù)書原料：99.95%(W%)的乙苯，視為純物質(zhì)。產(chǎn)品：苯乙烯：>99.7%（W%）生產(chǎn)量為：11111kg/h的苯乙烯生產(chǎn)。開工時間為7200小時甲苯/乙苯塔：常壓操作，塔頂乙苯<0.4%，塔底甲苯<0.5%（W%）苯乙烯精餾塔：常壓操作，塔頂苯乙烯<0.65%，塔底乙苯<0.45%（W%）。操作壓力為101kPa，泡點進(jìn)料q=1，單板壓降≤0.7kPa；全塔效率。苯/甲苯塔：常壓操作，塔頂甲苯<0.3%，苯<0.2%（W%）。冷凝器：水進(jìn)口溫度為293K，出口溫度323K，Δt=30K。5工藝計算5.1物料衡算物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即進(jìn)入的物料與流出的物料平衡沒有積累量。質(zhì)量守恒定律可用下式表示：∑G進(jìn)=∑G出+∑G損+∑G積式中：∑G進(jìn)—進(jìn)入的總物料量；∑G出—輸出的總物料量；∑G損—總的損失量；∑G積—系統(tǒng)中積累量。反應(yīng)器的物料衡算：乙苯脫氫反應(yīng)方程式為：主反應(yīng)C6H5C2H5

→

C6H5CHCH2+H2

(1)副反應(yīng)

C6H5C2H5

→

C6H6+C2H4

(2)C6H5C2H5+H2

→C6H5CH3+CH4

(3)物料衡算相關(guān)技術(shù)條件：(1)式選擇性為95%，其轉(zhuǎn)化率為60%；(2)、(3)選擇性分別為1%、3%。苯乙烯年產(chǎn)8萬噸。為了充分利用設(shè)備，要合理控制生產(chǎn)時間，盡量盡可能多的生產(chǎn)時間，同時又要慮到設(shè)備的維修和生產(chǎn)調(diào)試以及保養(yǎng)等情況。因此除去這些時間65天，則真正生產(chǎn)的時間為300天?？芍颗系纳a(chǎn)能力為：，投入乙苯量為：20000kg/h。反應(yīng)器出料為：10則剩余的乙苯：反應(yīng)器進(jìn)出料組成：表5-1反應(yīng)器進(jìn)出口組成進(jìn)料組成kg/h出料組成kg/h乙苯20000乙苯7788.679苯乙烯11184.906甲苯520.755苯147.17乙烯52.83氫氣215.094甲烷90.566合計20000合計20000（2）冷凝器的物料衡算冷凝器進(jìn)出口組成：表5-2進(jìn)料組成為組分乙苯苯乙烯甲苯苯乙烯氫氣甲烷合計kg/h7788.67911184.906520.755147.1752.83215.09490.566200001311冷凝器頂口出料氣體為：乙烯52.83kg/h、氫氣215.094kg/h、甲烷90.566kg/h，冷凝器底物料組成：表5-3冷凝器底物料組成為組分乙苯苯乙烯甲苯苯kg/h7788.67911184.906520.755147.17（3）甲苯/乙苯塔的物料衡算甲苯/乙苯塔塔頂：乙苯<0.4%；塔底甲苯<0.5%。在甲苯/乙苯塔中其進(jìn)料組成及平均操作條件下各組分對關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度如下表：表5-4組分苯甲苯乙苯苯乙烯合計kg/h147.17520.7557788.67911184.90619641.51相對揮發(fā)度5.722.2610.62對于精餾塔的物料衡算本設(shè)計采用清晰分割[7]，即若兩關(guān)鍵組分的揮發(fā)度差異較大，且兩者為相鄰組分，此時可認(rèn)為比重關(guān)鍵組分還重的組分全部在塔底產(chǎn)品中，比輕關(guān)鍵組分還輕的組分全部在塔頂產(chǎn)品中。塔頂：塔底：甲苯/乙苯塔物料衡算表如下：表5-5甲苯/乙苯塔塔頂塔底組成組分苯甲苯乙苯苯乙烯塔頂組成kg/h147.17518.15131.1550塔底組成kg/h02.6047757.52411184.906總計：（4）苯/甲苯塔的物料衡算苯/甲苯塔：甲苯<0.3%；苯<0.2%。苯/甲苯塔進(jìn)料組成：12進(jìn)料量總計m=147.17+518.151+31.155=696.476塔頂：塔底：全塔出口總計m=146.876+1.554+31.155+0.294+516.597=696.476（5）苯乙烯精餾塔的物料衡算苯乙烯精餾塔：塔頂苯乙烯<0.65%；乙苯<0.45%。苯乙烯精餾塔進(jìn)料組成為：苯乙烯11184.906kg/h、乙苯7757.524kg/h、甲苯2.604kg/h，進(jìn)料總物料量m=18945.034kg/h。塔頂：塔底：全塔出口總物料量為：m=7722.615+2.604+72.702+11112.204+34.909=18945.034表5-6苯乙烯精餾塔物料衡算進(jìn)料組成kg/h出料組成kg/h苯乙烯11184.906（塔頂）乙苯7722.615乙苯7757.524甲苯2.604甲苯2.604苯乙烯72.702（塔底）乙苯34.909苯乙烯11112.204總計18945.03418945.034（6）全程物料衡算反應(yīng)總投入物料量反應(yīng)后經(jīng)冷凝器、分離塔分離出的各物料量為：乙烯、氫氣、甲烷流量分別為：52.83kg/h、215.094kg/h、90.566kg/h，輸出物料總流量：5.2能量衡算由于反應(yīng)過后反應(yīng)液的溫度較高需要降低溫度后再進(jìn)行精餾分離，所以反應(yīng)液需得進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝。即將反應(yīng)液溫度由500℃降到100℃，其流量為20000kg/h。冷卻介質(zhì)采用20℃，選擇冷卻水的溫升為30℃，則出口溫度℃，定性溫度下kJ/(kg·℃)（1）對冷凝器的熱量衡算：表5-7各物系的平均比熱容組分苯乙苯苯乙烯甲苯乙烯甲烷氫氣水比熱容/（）1.7071.7171.731.701.221.77.2434.187[8](5-1)則冷凝器進(jìn)料口的熱量：冷凝器出料口的熱量：14所以熱負(fù)荷冷卻水用量：（2）對甲苯/乙苯塔的熱量衡算：進(jìn)料溫度為100℃塔頂出口溫度89℃，塔底出口溫度為105℃。塔的進(jìn)料熱量如下表：表5-8甲苯/乙苯塔進(jìn)料熱量塔頂輸出熱量：塔底輸出熱量：所以再沸器的熱負(fù)荷為：（3）苯/甲苯塔的熱量衡算塔進(jìn)料液為89℃，塔頂出料平均溫度設(shè)為85℃塔底平均溫度為102℃。進(jìn)料熱量如下：15塔頂輸出熱量：塔底輸出熱量：熱負(fù)荷為表5-9苯/甲苯塔熱量衡算表進(jìn)料熱量kJ/h出料熱量kJ/h（塔頂）（塔底）熱負(fù)荷合計合計（4）苯乙烯精餾塔的熱量衡算塔進(jìn)料熱量：表5-10苯乙烯精餾塔進(jìn)料熱量組分苯乙烯乙苯甲苯合計熱量（kJ/h）塔頂：塔底：16熱負(fù)荷：表5-11苯乙烯精餾塔出料熱量進(jìn)料組分熱量kJ/h出料組分熱量kJ/h苯乙烯（塔頂）乙苯乙苯甲苯甲苯苯乙烯（塔底）乙苯苯乙烯熱負(fù)荷總計總計5.3主要設(shè)備選型5.3.1苯乙烯精餾塔操作條件苯乙烯精餾塔進(jìn)料組成為：苯乙烯11184.906kg/h、乙苯7757.524kg/h、甲苯2.604kg/h。操作壓力為101kPa，泡點進(jìn)料q=1，單板壓降≤0.7kPa；全塔效率，，，，由于塔中甲苯量很少因此可以忽略不計。平衡方程為：(5-2)塔頂：塔底：17因為泡點進(jìn)料：(5-3)所以取5.3.2理論板數(shù)計算在精餾塔的設(shè)計型計算中，為了進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定適宜回流比可采用吉利蘭圖進(jìn)行簡捷計算。根據(jù)芬斯克方程：(5-4)則已知(5-5)得：即，求得實際塔板數(shù)（不含再沸器）故實際塔板數(shù)取整N=535.3.3進(jìn)料板位置的確定，18即從塔頂往下第14塊板為進(jìn)料板。操作壓力：塔頂操作壓力塔底操作壓力進(jìn)料操作壓力飽和蒸汽壓計算公式(安托尼方程)：lnP=A－B/(t+C)

乙苯：A=16.0195B=3279.47C=－59.95苯乙烯：A=19.0193B=3328.57C=－63.72依據(jù)操作壓力，由泡點方程透過試差法計算出泡點溫度，其中乙苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算。計算結(jié)果如下：塔頂溫度℃進(jìn)料板溫度℃塔底溫度℃5.3.4塔徑及塔高的計算平均溫度：(℃)精餾段平均壓力因為則精餾塔的液氣相負(fù)荷：塔頂平均摩爾質(zhì)量：有，由平衡方程可得，則進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量：有，可得，則精餾段平均摩爾質(zhì)量：19為便于計算塔頂以乙苯為主且101kPa，89℃時，。其中C20有化工原理中的史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，圖的橫坐標(biāo)為選塔板間距HT=0.40m，查圖得C20=0.0825m/s，則相負(fù)荷因子為：泛點氣速為：取安全系數(shù)為0.7，則氣速取實際塔徑D為2m塔高：精餾段的有效高度：提餾段的有效高度：安裝2個人孔，孔徑600mm，則塔的有效高度：20裙座取1m，塔釜1m，第一塊板到塔頂取1.0m，板間距HT=0.4m，所以塔高：5.3.5塔板主要工藝尺寸的計算[10]（1）溢流裝置計算因塔徑為D=2m，可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下：堰長取=0.66D=0.66×2=1.32(m)溢流堰高度取選用平直堰，堰上液層高度由下式計算即， (5-6)近似取E=1，則 取板上清液層高度：=80mm故=0.08-0.0234=0.0566(m)弓形降液管寬度和截面積：由依下式驗算液體在降液管中提留時間，即>5s故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度h0：(5-7)取則，故合理的設(shè)計降液管底隙高度。PAGE21選用凹形受液盤，深度為（2）塔板布置塔板的分塊因D≥800mm，故塔板采用分塊式。查表得塔板分為5塊。邊緣區(qū)寬度確定取。開孔區(qū)面積計算，開孔區(qū)面積Aa按下式計算，即(5-8)其中：故（3）篩孔計算及其排列選用正三角形排列的碳鋼板，篩孔取直徑d=5mm?？字行木鄑為：t=3d=3×5=15(mm)篩孔數(shù)目n為：(個)開孔率為：5.3.6冷凝器的設(shè)計本冷凝器設(shè)計是通過在原有工藝條件確定換熱面積，冷凝器可分為水冷式，空氣冷卻式和蒸發(fā)式三種，而所采用的為水冷式。假設(shè)熱損失可忽略，則由能量守恒可得放熱量與流體吸熱量數(shù)值相等。設(shè)進(jìn)口水溫為293K，出口水溫323K，溫度變化Δt=30K。熱負(fù)荷Q為：(5-9)式中-流體的平均比熱容kJ/(kg·℃)；t－冷流體的溫度，℃。kJ/(kg·℃)冷卻水用量：22設(shè)計任務(wù)的熱流體為反應(yīng)過后的混合液，冷流體為水，為了使混合液通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令混合液走殼程，水走管程。管殼式換熱器的對數(shù)平均溫度按逆流計算，則查得，取K=470W/（m2·℃），所以故選用JB/T4715-92，列管公稱直徑450mm；管心距為25mm；管程數(shù)為2；管子總根數(shù)為126個；中心排管數(shù)為12個；管程流通面積為0.0198m2；列管長度4500mm，實際換熱面積43.5m2，需要1個這樣的換熱器。6生產(chǎn)中事故預(yù)防及發(fā)展建議6.1生產(chǎn)中事故預(yù)防[11]（1）苯乙烯生產(chǎn)過程的物料苯乙烯生產(chǎn)過程中涉及到的物料乙苯、苯乙烯、多乙苯、氫氣等都具有易燃、易爆、有毒、有害的特性，有些具有強(qiáng)腐蝕性，如氫化氫，催化劑絡(luò)合物等，因此必須慎重處理這些副產(chǎn)物。（2）脫氫反應(yīng)系統(tǒng)要嚴(yán)格控制反應(yīng)器入口溫度、尾氣壓縮機(jī)入口壓力、進(jìn)料蒸汽，盡量減少開、停車次數(shù)，防止催化劑破碎，還要正確對反應(yīng)器、蒸汽加熱爐、尾氣壓縮機(jī)的串聯(lián)系統(tǒng)的使用，并定期校驗和記錄。對過熱爐火嘴要經(jīng)常調(diào)整火焰，不要直接接觸爐管和爐墻。反應(yīng)系統(tǒng)由正壓變?yōu)樨?fù)壓操作應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止負(fù)荷突然加大，過熱爐管驟冷損壞爐管。應(yīng)正確使用勞動用品，保護(hù)皮膚、眼睛與之正面接觸，防治吸食。（3）有害產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳的燃燒。應(yīng)盡可能將容器遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間或移至空曠處，再采用滅火措施。滅火劑：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土，用水滅火無效。23（4）苯乙烯泄漏應(yīng)急處理迅速撤離至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入，防止流入下水道、排洪溝而對其造成污染。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。大量泄漏：挖坑掩埋或用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。（5）在操作時應(yīng)注意密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)；為防止蒸氣泄漏到車間空氣中發(fā)生事故，應(yīng)提前做好車間嚴(yán)禁吸煙和各種火種；避免與氧化劑、酸類接觸；灌裝時要防止靜電積聚，搬運(yùn)時要輕裝輕卸，配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。儲存應(yīng)置于陰涼、通風(fēng)條件較好的庫房，庫溫不宜超過30℃，包裝要密封，要與空氣、氧化劑、酸類隔絕，不宜大量儲存或久存。6.2發(fā)展建議（（1）規(guī)模化生產(chǎn)。苯乙烯生產(chǎn)裝置難以達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量，這就要對裝置進(jìn)行技術(shù)改造來提高產(chǎn)量，隨后逐步提高裝置的生產(chǎn)規(guī)模和工藝技術(shù)水平，使單套裝置的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到一定的年產(chǎn)量[12]。（2）開拓原料。以來源廣且污染小的乙醇代替價高的乙烯，提高經(jīng)濟(jì)上的競爭力，乙苯產(chǎn)品的質(zhì)量符合苯乙烯生產(chǎn)的要求，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與純乙烯法苯乙烯工藝相當(dāng)。（3）開發(fā)新技術(shù)[13]。①甲苯、甲醇制苯乙烯工藝采用甲苯與甲醇側(cè)鏈烷基化技術(shù)得到苯乙烯。②苯乙烯/環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)苯乙烯工藝可同時生產(chǎn)苯乙烯和環(huán)氧丙烷兩種有價值的化工產(chǎn)品，適合假設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置。③加快以丁二烯制苯乙烯，以CO2替代水蒸氣法制苯乙烯以及乙苯脫氫-選擇氧化制苯乙烯等新工藝的研究和開發(fā)步伐，盡可能地縮短與國外新技術(shù)之間的差距。（4）催化劑開發(fā)研究。7副產(chǎn)品及廢棄物處理表7-1副產(chǎn)品處理一覽表名稱單位處理方法苯T/a富集后賣出甲苯T/a富集后賣出二乙苯T/a富集后賣出三乙苯T/a富集后賣出焦油T/a作為涂