【年產(chǎn)3.8萬噸苯乙烯精餾工段工藝設(shè)計(jì)11000字（論文）】

摘要苯乙烯是一種無色透明的油狀液體，散發(fā)出一種芳香氣味，多在蘇合香脂中。苯乙烯不僅可以自聚成聚苯乙烯樹脂，還可與其它的不飽和化合物共聚，生成樹脂和合成橡膠等。除此之外，苯乙烯在生產(chǎn)染料、農(nóng)藥制造等領(lǐng)都有著十分廣泛的應(yīng)用，所以研究苯乙烯的生產(chǎn)工藝是十分有意義的。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)3.8萬噸苯乙烯精餾工段工藝設(shè)計(jì)，本工藝以魯姆斯公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)作為參照，所采用的催化劑是具有低活性和高選擇性的氧化鐵系列，，用乙苯脫氫法制得苯乙烯，由此確定了精餾工段的工藝流程，從而對(duì)本工段進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，然后對(duì)本工段的主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選型，最后對(duì)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)做了簡(jiǎn)單說明。關(guān)鍵詞：苯乙烯；精餾工段；工藝設(shè)計(jì)；節(jié)能第1章概述1.1原料乙苯的性質(zhì)及用途1.1.1乙苯的主要性質(zhì)外觀形狀無色透明的液體，有芳香氣味主要用途用作溶劑，是生產(chǎn)苯乙烯的重要原料之一物理、化學(xué)性質(zhì)分子式C8H10分子量106.06沸點(diǎn)℃136.2閃點(diǎn)℃15熔點(diǎn)℃-94.9臨界壓力MPa3.7自燃點(diǎn)℃432臨界溫度℃343.1相對(duì)密度（水=1）0.87相對(duì)密度（空氣=1）3.66溶解性不溶于水、可混溶于苯、醇、醚等有機(jī)溶劑1.1.2乙苯的用途乙苯是一個(gè)重要的中間體，主要用來生產(chǎn)苯乙烯ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>侯志揚(yáng)</Author><Year>2010</Year><RecNum>13</RecNum><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">13</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>侯志揚(yáng)</author></authors></contributors><auth-address>山東華魯恒升化工股份公司;</auth-address><titles><title>我國(guó)苯乙烯產(chǎn)業(yè)分析</title><secondary-title>化學(xué)工業(yè)</secondary-title></titles><periodical><full-title>化學(xué)工業(yè)</full-title></periodical><pages>26-29</pages><volume>28</volume><number>07</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>生產(chǎn)能力</keyword><keyword>市場(chǎng)調(diào)查</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>1673-9647</isbn><call-num>11-5590/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]，其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮等；同時(shí)它又是制藥工業(yè)的主要原料。1.2苯乙烯的性質(zhì)及用途1.2.1苯乙烯的性質(zhì)苯乙烯是一種無色透明的油狀液體，散發(fā)出一種芳香氣味，多在蘇合香脂中。苯乙烯自聚生成聚苯乙烯樹脂，它還能與其他的不飽和化合物共聚，生成合成橡膠和樹脂等多種產(chǎn)物ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>龐曉華</Author><Year>2008</Year><RecNum>17</RecNum><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>龐曉華</author></authors></contributors><titles><title>中東地區(qū)新增產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)市場(chǎng)供過于求現(xiàn)象日益嚴(yán)重全球苯乙烯市場(chǎng)前景不容樂觀</title><secondary-title>中國(guó)石油和化工</secondary-title></titles><periodical><full-title>中國(guó)石油和化工</full-title></periodical><pages>51</pages><number>21</number><keywords><keyword>陶氏化學(xué)公司</keyword><keyword>雪佛龍</keyword><keyword>市場(chǎng)前景</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><isbn>1008-1852</isbn><call-num>11-3958/D</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。其分子式為C8H8，結(jié)構(gòu)式為C6H5CH=CH21.2.2苯乙烯的用途苯乙烯作為第四大乙烯衍生產(chǎn)品，苯乙烯是合成橡膠材料和塑料產(chǎn)品的重要有機(jī)原料。苯乙烯在生產(chǎn)聚苯乙烯（PS）、丁苯橡膠（SBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）、以及苯乙烯-丙烯腈樹脂（SAN）和不飽和樹脂中較為常見。苯乙烯系列產(chǎn)品在合成樹脂產(chǎn)量中位于第三位ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李明</Author><Year>2004</Year><RecNum>21</RecNum><record><rec-number>21</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">21</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李明</author><author>李斌</author></authors></contributors><titles><title>國(guó)內(nèi)外苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展</title><secondary-title>化工文摘</secondary-title></titles><periodical><full-title>化工文摘</full-title></periodical><pages>44-47</pages><number>04</number><keywords><keyword>乙苯脫氫催化劑</keyword><keyword>抽提蒸餾</keyword><keyword>徑向反應(yīng)器</keyword><keyword>乙苯氧化脫氫</keyword><keyword>熱解汽油</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><isbn>1002-1345</isbn><call-num>50-1069/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]，不僅如此，苯乙烯還有著十分廣泛的用途，比如生產(chǎn)染料、制藥產(chǎn)業(yè)、農(nóng)藥制造以及選礦等領(lǐng)域。（1）生產(chǎn)聚苯乙烯（PS）各種改性聚苯乙烯材料都可用苯乙烯來生產(chǎn)，如通用級(jí)聚苯乙烯（GPS）、可發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）等。聚苯乙烯具有透明、絕緣、印刷性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信器材和高頻電器中，如無線電零件、高頻電容器等。聚苯乙烯的高度透明性這一特點(diǎn)，被廣泛用于生產(chǎn)光學(xué)儀器及透明模型，如儀表殼罩、燈罩等。此外在食品包裝材料和日用品中都可見到聚苯乙烯。具有良好的隔熱、隔音性能和有彈性、吸水性小等優(yōu)點(diǎn)的聚苯乙烯泡沫塑料，在建筑、制冷、包裝等行業(yè)廣泛用做隔熱、隔音、保溫、防震材料等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周仕東</Author><Year>2003</Year><RecNum>45</RecNum><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">45</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周仕東</author></authors></contributors><auth-address>東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130024</auth-address><titles><title>苯乙烯和聚苯乙烯及其環(huán)境問題</title><secondary-title>化學(xué)教育</secondary-title></titles><periodical><full-title>化學(xué)教育</full-title></periodical><pages>1-2+28</pages><number>05</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>聚苯乙烯</keyword><keyword>環(huán)境</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1003-3807</isbn><call-num>11-3285/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。（2）生產(chǎn)丁苯橡膠（SBR）苯乙烯和丁二烯制成的丁苯橡膠大量用于制造輪胎、膠帶、膠鞋以及其他多種橡膠制品，丁苯膠乳則用于紡織和造紙。丁苯橡膠（SBR）是目前世界上產(chǎn)量最高和消費(fèi)量最大的通用合成橡膠（SR）品種，丁苯橡膠（SBR）是用陰離子溶液聚合工藝制得的，丁二烯和苯乙烯作為其單體。它與天然橡膠（NR）在物理性能、加工性能上都十分接近，不同點(diǎn)是丁苯橡膠在耐磨性和耐熱性上都優(yōu)于天然橡膠，SBR與NR并用，廣泛用于生產(chǎn)輪胎與輪胎制品、鞋類以及其他工業(yè)橡膠制品。丁苯橡膠（SBR）以生產(chǎn)工藝為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類的話，可分為乳聚丁苯橡膠（ESBR）和溶聚丁苯橡膠（SSBR），其中ESBR有著悠久的開發(fā)歷史，且生產(chǎn)工藝也很成熟，它的生產(chǎn)能力、產(chǎn)量和消耗量均占據(jù)丁苯橡膠（SBR）之首。溶聚丁苯橡膠是兼具多種綜合性能的橡膠品種，其生產(chǎn)工藝與ESBR相比具有膠種多樣化、裝置適應(yīng)能力強(qiáng)、單體轉(zhuǎn)化率高、排污量小等優(yōu)點(diǎn)，是今后的發(fā)展方向ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李玉芳</Author><Year>2008</Year><RecNum>91</RecNum><record><rec-number>91</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">91</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李玉芳</author><author>李明</author></authors></contributors><auth-address>北京江寧化工技術(shù)研究所,北京江寧化工技術(shù)研究所北京100076,北京100076</auth-address><titles><title>丁苯橡膠生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)分析(一)</title><secondary-title>橡膠科技市場(chǎng)</secondary-title></titles><periodical><full-title>橡膠科技市場(chǎng)</full-title></periodical><pages>8-11</pages><number>01</number><keywords><keyword>丁苯橡膠</keyword><keyword>生產(chǎn)技術(shù)</keyword><keyword>消費(fèi)</keyword><keyword>市場(chǎng)前景</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><isbn>1672-125X</isbn><call-num>11-5013/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。（3）生產(chǎn)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS）在國(guó)內(nèi)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>何坤榮</Author><Year>2003</Year><RecNum>99</RecNum><record><rec-number>99</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">99</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>何坤榮</author><author>王璇</author></authors></contributors><titles><title>世界ABS生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</title><secondary-title>國(guó)際化工信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>國(guó)際化工信息</full-title></periodical><pages>11-13</pages><number>03</number><keywords><keyword>ABS</keyword><keyword>用途</keyword><keyword>市場(chǎng)</keyword><keyword>美國(guó)</keyword><keyword>歐洲</keyword><keyword>亞洲</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1671-8003</isbn><call-num>11-4759/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]和苯乙烯-丙烯腈樹脂是僅次于聚苯乙烯的第二大苯乙烯衍生物。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）的共聚物，具有較好的抗沖強(qiáng)度、良好的耐油性、耐水性和化學(xué)穩(wěn)定性。ABS用于生產(chǎn)注塑產(chǎn)品、板材和薄膜，最大的用戶端是汽車行業(yè)，其次是電子行業(yè)，還用在電器和建筑行業(yè)等。ABS樹脂的很多應(yīng)用市場(chǎng)均已成熟，但仍在繼續(xù)開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，主要是替代最終市場(chǎng)如汽車部件等。（4）生產(chǎn)苯乙烯-丙烯腈樹脂（SAN）苯乙烯-丙烯腈樹脂由苯乙烯和丙烯腈共聚生成，由于SAN樹脂是由兩種單體發(fā)生共聚合反應(yīng)而生成的，故它能表現(xiàn)出兩種組分的協(xié)同性能。丙烯腈使聚合物具有耐化學(xué)腐蝕性，特別是對(duì)非極性物質(zhì)有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，并有一定的表面硬度。聚合物還具有苯乙烯賦于的剛性和加工流動(dòng)性。SAN樹脂[7]具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐候性、耐熱性、耐油性、抗震動(dòng)性和化學(xué)穩(wěn)定性，SAN廣泛應(yīng)用在家用電子、日用商品等領(lǐng)域。1.3苯乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景1.3.1國(guó)外苯乙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景國(guó)外乙苯脫氫法制苯乙烯的反應(yīng)器分為兩種：等溫式和絕熱式。ASF工藝[8]是等溫式的代表，每臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力大概是10萬噸每年。這兩種方式生產(chǎn)技術(shù)是不同的，最受廠家歡迎的是絕熱式的UOP/Lummus法。目前UOP/Lummus法已經(jīng)非常成熟了，可以使乙苯的生產(chǎn)能耗降到最低界限。在20世紀(jì)80年代初期，UOP公司開發(fā)了一種新的技術(shù)叫做乙苯脫氫－氫選擇氧化[9]。乙苯脫氫－氫選擇氧化此技術(shù)的基本原理是：乙苯通過脫氫生成了氫氣，在氧化劑的作用下催化成水蒸汽，整個(gè)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量提供給脫氫反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)向著生成苯乙烯有利的方向進(jìn)行。經(jīng)科技的發(fā)展，此技術(shù)具備了成熟的高操作性。最近，UOP和其他公司聯(lián)合對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，形成了Smart技術(shù)，是在Lum-mus/UOP技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，故流程大體上是相同的，只是在脫氫反應(yīng)器上略有不同，不同表現(xiàn)在Smart技術(shù)運(yùn)用了三段式的設(shè)計(jì)，可以更好的利用反應(yīng)自身所產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)氧氣的全部利用，更加完美的完成整個(gè)脫氫反應(yīng)。Smart工藝因脫氫效率高，費(fèi)用耗資小等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，有良好的發(fā)展前景。已經(jīng)研究開發(fā)了很多年的乙苯氧化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，由于氧化脫氫時(shí)生產(chǎn)的副產(chǎn)物過多，會(huì)影響到整個(gè)產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，所以不被采用。1.3.2國(guó)內(nèi)苯乙烯生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景在我國(guó)最早采用生產(chǎn)苯乙烯的方法是等溫列管反應(yīng)器，因?yàn)榈葴亓泄芊磻?yīng)器規(guī)模不大，同時(shí)資源消耗較高，產(chǎn)品沒有競(jìng)爭(zhēng)力，現(xiàn)在此裝置已經(jīng)基本全部停用。在20世紀(jì)80年代中期，我們國(guó)家在燕山石化和齊魯石化都購(gòu)置了兩套大型裝置，采用Lummus/UOP工藝[10]。隨后，我國(guó)又陸續(xù)引進(jìn)了多套裝置，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上引進(jìn)新技術(shù)，我國(guó)生產(chǎn)苯乙烯的能力也日益提高。與傳統(tǒng)的工藝相比較，Smart新工藝[11]有著更加明顯的優(yōu)點(diǎn)，有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展未來。近幾年，我國(guó)有公司對(duì)Smart新工藝進(jìn)行了初步研究，但與國(guó)外相比還是較落后的，我們應(yīng)該更多的關(guān)注Smart新工藝發(fā)展方向，投入更多的科研力量，研究出一套具有中國(guó)特色的新工藝技術(shù)，為國(guó)內(nèi)提供可靠的技術(shù)后盾力量。經(jīng)努力，我國(guó)現(xiàn)在的主要技術(shù)路線是從干氣出發(fā)生產(chǎn)苯乙烯。我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)比較可靠，也適應(yīng)行情，同時(shí)質(zhì)量也有保證，從干氣出發(fā)生產(chǎn)苯乙烯與精乙烯出發(fā)生產(chǎn)苯乙烯的路線相比，成本可以節(jié)約10%左右。我們也要加快步伐，要盡快的對(duì)現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)新和改革。努力達(dá)到成本消耗最低，生產(chǎn)最環(huán)保，效率最高ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>胡晨</Author><Year>2018</Year><RecNum>100</RecNum><record><rec-number>100</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">100</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>胡晨</author></authors></contributors><auth-address>中海油東方石化有限責(zé)任公司;</auth-address><titles><title>國(guó)內(nèi)、外苯乙烯生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</title><secondary-title>化工管理</secondary-title></titles><periodical><full-title>化工管理</full-title></periodical><pages>74</pages><number>17</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>生產(chǎn)工藝</keyword><keyword>發(fā)展趨勢(shì)</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1008-4800</isbn><call-num>11-3991/F</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]的水平。第2章工藝原理及工藝流程2.1生產(chǎn)方法乙苯作為原料，采用脫氫反應(yīng)器，由原來的單級(jí)軸向反應(yīng)器發(fā)展到現(xiàn)在的雙級(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)器的操作壓力由于原來的正壓發(fā)展到現(xiàn)在的負(fù)壓；汽油比由原來的2.5:1發(fā)展到現(xiàn)在的1.3:1；蒸汽的消耗量由原來的10kg/

kgSM發(fā)展到現(xiàn)在的4kg/

kgSM。UOP

/

Lummus的Classic

SM流程中的乙苯脫氫工藝裝置主要包括：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。蒸汽在過熱爐中過熱至800°C作為熱源引至反應(yīng)器。乙苯脫氫的工藝條件為：550~650°C、常壓或減壓、蒸汽質(zhì)量:乙苯質(zhì)量比為1.0~

2.5。圖2.1UOP/Lummus的ClassicSM工藝流程UOP

/

Lummus的

“SMART”

SM工藝[13]是在ClassicSM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的一項(xiàng)新工藝，即在工藝Classic

SM工藝的脫氫反應(yīng)中引入了部分氧化技術(shù)。可使乙苯單程轉(zhuǎn)化率提高到80%以上。通過UOP

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Lummus的Classic

SM工藝與發(fā)展的新工藝UOP

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Lummus的

“SMART”

SM工藝比較，可得出使用UOP

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Lummus的Classic

SM工藝乙苯的單程轉(zhuǎn)化率較低。SMART技術(shù)的優(yōu)越性有：①提高乙苯的轉(zhuǎn)化率，減少未轉(zhuǎn)化的乙苯循環(huán)返回量，提高裝置的生產(chǎn)能力，減少分離部分的能耗；②使用氫氧化的熱量，節(jié)約能量；③中間加熱使用氧化加熱，反應(yīng)物流回收潛熱，提高了能量使用效率，降低動(dòng)力費(fèi)用。綜上本文按照UOP

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Lummus的“SMART”

SM法進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。魯姆斯(UOP

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Lummus)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)。2.2工藝原理在蒸汽存在的狀態(tài)下，乙苯脫氫利用蒸汽使氧化劑處于適當(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)平衡向著生成苯乙烯方向進(jìn)行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑一定的活性。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量提供給了脫氫反應(yīng)，Smart技術(shù)在脫氫反應(yīng)器上運(yùn)用了三段式的設(shè)計(jì)，更好的利用反應(yīng)自身所產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)氧氣的全部利用，更加完美的完成整個(gè)脫氫反應(yīng)。2.3工藝流程UOP

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Lummus的

“SMART”

SM乙苯脫氫工藝流程如圖2.2所示圖2.2Lummus的SMART乙苯脫氫工藝流程圖新鮮乙苯、循環(huán)乙苯與一部分蒸汽混合后在蒸汽過熱器內(nèi)過熱，與過熱蒸汽混合，在徑向催化反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氫，熱反應(yīng)產(chǎn)物在熱交換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類，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，在脫水有機(jī)混合物中加入不含硫的阻聚劑，以減少因聚合而損失的苯乙烯單體，然后在乙苯/苯乙烯單體分餾塔進(jìn)行分離，塔頂輕組分去乙苯分離塔，從而從乙苯中分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應(yīng)器原料中。乙苯/苯乙烯塔底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。第3章工藝計(jì)算3.1設(shè)計(jì)要求與操作條件設(shè)計(jì)主要任務(wù)及目標(biāo)為：生產(chǎn)能力為3.8萬噸/年；進(jìn)料組成60%；塔底產(chǎn)品組成>98%；塔頂產(chǎn)品組成<2%，總工作時(shí)間為300×24=7200h。（1）操作壓力本精餾設(shè)計(jì)的操作壓力為常壓。（2）進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)在設(shè)計(jì)中是一個(gè)很重要的因數(shù)。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料是為了精餾塔本身，使它操作方便，可以不受外界干擾。進(jìn)料狀態(tài)直接影響了進(jìn)料方程，同時(shí)也影響全塔的熱量衡算，所以對(duì)它的確定十分重要。（3）塔釜加熱方式選擇采用列管式換熱器作為再沸器進(jìn)行間接加熱，加熱介質(zhì)多采用水蒸氣，因?yàn)檎婵瞻踩乙子谡{(diào)節(jié)。（4）塔頂冷凝方式選擇采用列管式換熱器作為全凝器進(jìn)行冷凝，冷卻介質(zhì)為冷卻水。但在操作條件及流程安排中，從經(jīng)濟(jì)上的合理性來考慮，本設(shè)計(jì)流程中原料溫度較低，塔頂蒸汽溫度較高，則可以考慮用塔頂蒸汽加熱原料，因而可以省去水蒸汽和冷卻水。3.2精餾塔的物料衡算乙苯的摩爾質(zhì)量：MA苯乙烯的摩爾質(zhì)量：MB（1）原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率xF、xD、xxx（2）原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF、MD、MF=MD=MW=（3）物料衡算根據(jù)物料守恒公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>夏清</Author><Year>2000</Year><RecNum>102</RecNum><record><rec-number>102</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">102</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">夏清</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化工原理（上冊(cè)）</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京：化學(xué)工業(yè)出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>北京：化學(xué)工業(yè)出版社</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">53-57</style></pages><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2000</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]：F=D+WFxF=DxD式中：F——進(jìn)料量kmol/hD——塔頂出料量kmol/hW——塔釜出料量kmol/hxFxDxw當(dāng)產(chǎn)量W=3.8×107kg由物料守恒公式算得：W=F=83.41kmol/hD=32.67kmol/h3.3精餾塔的熱量衡算TDrrTwrrrr3.3.1精餾段假定冷卻水進(jìn)冷凝器的溫度t1出冷凝器的溫度t2查比熱容共線圖得：CQ=V×r=W3.3.2提餾段QV×V加=V×r'式中：V'——r'——V加——r加——r加=其中2258.4kJ/kmol為標(biāo)準(zhǔn)壓力下水的汽化熱。第4章主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型4.1精餾塔理論塔板數(shù)的求解（1）利用安托尼公式用試差法確定進(jìn)料泡點(diǎn)溫度安托尼公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>宋孝勇</Author><Year>2011</Year><RecNum>111</RecNum><record><rec-number>111</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">111</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>宋孝勇</author><author>韓粉女</author><author>丁建飛</author></authors></contributors><titles><title>化工原理課程設(shè)計(jì)</title></titles><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">161-168</style></pages><dates><year>2011</year></dates><publisher>化工原理課程設(shè)計(jì)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]：lnp式中：PS——A、B、C——常數(shù)T——溫度K假設(shè)T=414k=141℃代入公式得：PP由k=得KK將KAKAxF+符合要求，所以進(jìn)料泡點(diǎn)溫度為414k=140.85℃.同理得：塔頂溫度為408.5kPAPB塔釜溫度為418kPAPB（2）最小回流比及操作回流比把乙苯-苯乙烯視為理想溶液。原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的揮發(fā)度αF、αD、ααα平均相對(duì)揮發(fā)度：α因泡點(diǎn)進(jìn)料，故進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1x由相平衡公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>夏清</Author><Year>2000</Year><RecNum>110</RecNum><record><rec-number>110</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">110</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">夏清</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化工原理（下冊(cè)）</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京：化學(xué)工業(yè)出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>北京：化學(xué)工業(yè)出版社</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">29-33</style></pages><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2000</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]：y最小回流比：R實(shí)際回流比：R=1.5×（3）求精餾塔的氣液相負(fù)荷L=R×D=13.6×32.67=444.312kmol/?V=（R+1）×D=（13.6+1）×32.67=476.982kmol/?L'=L+F=444.312+83.41=527.722V'=V=476.982上式：L——表示精餾段下降液體的量L'——V——表示精餾段上升蒸汽流量V'——（4）求操作線方程精餾段：y==0.932x+0.0671提餾段：y==1.11x-0.0021（5）求理論塔板層數(shù)通過圖解法知理論塔板層數(shù)N和進(jìn)料板位置NF，即N=53（包括再沸器）；N（6）全塔效率求取由公式μ=exp表4.1粘度產(chǎn)品名稱粘度/cp塔頂塔釜0.21乙苯0.24苯乙烯0.2420.227μμμ式中：μD、μW、μ由此得全塔效率：E（7）實(shí)際板數(shù)的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)：N精提餾段實(shí)際板層數(shù)：N提4.2精餾段的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1操作壓力計(jì)算由塔頂操作壓力：P每層塔板壓降：?P=0.52kpa得進(jìn)料板壓力：P精餾段平均壓力：P根據(jù)操作壓力，用試差法并借助泡點(diǎn)方程得出泡點(diǎn)溫度，其中用安托尼方程來計(jì)算乙苯-苯乙烯的飽和蒸氣壓。塔頂溫度：t進(jìn)料板溫度：t精餾段平均溫度：t4.2.2平均摩爾質(zhì)量計(jì)算（1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由x由相平衡公式得：yx得x1=y1MM（2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板得：y查平衡曲線得：xM=0.445×106+=104.89kg/kmolM=0.385×106+（3）精餾段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算M=M==105.355kg/kmol4.2.3平均密度計(jì)算（1）氣相平均密度計(jì)算由理想氣態(tài)方程計(jì)算：ρ（2）液相平均密度計(jì)算液相平均密度由下式計(jì)算：1/ρ因tρρ計(jì)算塔頂液相平均密度ρ計(jì)算結(jié)果如下：ρ由tρρ計(jì)算進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：α則進(jìn)料板的平均密度計(jì)算如下：ρ由以上計(jì)算結(jié)果得精餾段液相平均密度為：ρ4.2.4液相平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算：σ由tσσ得塔頂液相平均表面張力：σ由tFσσ得進(jìn)料板液相平均表面張力：σ由以上計(jì)算結(jié)果得精餾段液相平均表面張力：σ4.2.5液體平均粘度計(jì)算液相平均粘度由下式計(jì)算：Lgμ由tDμμlgμ解出塔頂液相平均粘度：μ由tμμlgμ解出進(jìn)料板液相平均粘度：μ綜上得精餾段液相平均粘度：μ4.3精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算（1）塔徑的計(jì)算精餾段的氣液相體積流率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>祁瑞</Author><Year>2008</Year><RecNum>106</RecNum><record><rec-number>106</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">106</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>祁瑞</author><author>馬鵬帥</author></authors></contributors><titles><title>年產(chǎn)20萬噸苯乙烯的精餾裝置工藝設(shè)計(jì)</title><secondary-title>寧波化工</secondary-title></titles><periodical><full-title>寧波化工</full-title></periodical><pages>30-43</pages><number>03</number><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>郅殿軍</Author><Year>2010</Year><RecNum>108</RecNum><record><rec-number>108</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">108</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>郅殿軍</author></authors></contributors><titles><title>年產(chǎn)6萬噸苯乙烯車間乙苯精餾工段的工藝設(shè)計(jì)</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>北京化工大學(xué)</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]如下：VL由u由上式算得：L取?T=0.45m，?L=0.1m，其中則?C=其中C20u取安全系數(shù)為：0.7則空塔氣速為：u=0.7u塔徑：D按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，塔徑：D=2.46+0.2≈2.7m塔截面積：A實(shí)際空塔氣速：u=4.049/5.723=0.70749m/s（2）精餾塔有效高度計(jì)算精餾段有效高度：Z提餾段有效高度：Z在進(jìn)料板上開放一人孔，其高度為0.8m綜上得精餾塔的有效高度：Z=4.4塔板主要工藝尺寸計(jì)算（1）溢流裝置的計(jì)算塔徑經(jīng)圓整后為2.7m，所以選用雙溢流弓形降液管，并采用凹形受液盤。具體各項(xiàng)計(jì)算如下：堰長(zhǎng)l取l溢流堰高度??w=堰上液層高度?ow?l近似E=1，則h取板上清液層高度?得?弓形降液管寬度Wd和截面積由lwD=查弓形降液管的參數(shù)圖得：AW故A依下式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間：θ=故降液管設(shè)計(jì)合理。降液管底隙高度??式中取u0??綜上，降液管底隙高度尺寸設(shè)計(jì)合理，?w'=0.06m（2）塔板布置塔板的分塊D=2.7m≥800mm，所以塔板采用分塊式，由塔板溢流分類表查得塔板分為8塊。邊緣區(qū)寬度WC安定區(qū)寬度WS[18]，取WS=WS'開孔區(qū)面積Aaxr=A=21.322篩孔計(jì)算及其排列因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所涉及的物系帶有腐蝕性，故我們選用δ=3mm的碳鋼板，取其直徑d0為25mm，正三角形排列篩孔，并取孔中心距t（t=3篩孔數(shù)目n為：n=1.155開孔率為：?=0.907氣體通過閥門的氣速為：v4.5篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算（1）塔板壓降計(jì)算干板阻力?c干板阻力?c?因d0δ=25?計(jì)算氣體通過液層的阻力?1氣體通過液層的阻力?1?vF查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得：β=0.59故?1計(jì)算液體表面張力阻力?σ液體表面張力阻力?σ?σ=4氣體通過每層塔板的液柱高度?p?p氣體通過每層塔板的壓降為：?P（2）液面落差對(duì)于篩板塔而言，由于它的液面落差、塔徑及液流量都不大，所以我們可忽略液面落差的帶來影響。（3）液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算：e故本設(shè)計(jì)在液沫夾帶的允許范圍內(nèi)。（4）漏液對(duì)篩板塔，漏液v0,min==（5）液泛為了避免塔內(nèi)出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，降液管內(nèi)液層高度HdH苯-甲苯物系屬一般物系，取φ=0.5，則φ而H板上不設(shè)進(jìn)口堰，?d?dHd=故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。4.6塔板負(fù)荷性能圖4.6.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖（1）漏液線通過整理數(shù)據(jù)知vs,min=7.332.44+8.62Ls表4.2精餾段漏液線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V12.8313.5914.1714.69由表中數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。（2）液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣e整理得Vs?Ls的關(guān)系為：Vs=46.39?101.43Ls2/3表4.3精餾段液沫夾帶線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V38.8934.5530.8727.68由表中數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線4。（3）液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰而言，我們?nèi)⊙呱弦簩痈叨萮ow作為符標(biāo)準(zhǔn)的最小液體，得hh取E=1，則L由此可作出液相負(fù)荷下限線2。（4）液相負(fù)荷上限線降液管中取液體的停留時(shí)間下限為θ=4s，通過下式計(jì)算得：θ=L由此可以作出液相負(fù)荷上限線3。（5）液泛線通過整理數(shù)據(jù)可知：V在操作允許范圍內(nèi)，取幾個(gè)任意的Ls值，并通過整理出的Vs?L表4.4精餾段液泛線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V41.5338.1734.8531.3由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。故通過漏液線1，液相負(fù)荷下限線2，液相負(fù)荷上限線3，液沫夾帶線4，液泛線5可作出精餾段塔板的負(fù)荷性能圖，如圖4.1所示。圖4.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖將所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表4.5。表4.5精餾段所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果序號(hào)數(shù)值平均溫度t138.25℃平均壓力p111.96kpa氣相流量V4.049m液相流量L0.0169m實(shí)際塔板數(shù)N41塊有效段高度Z18m塔徑D2.7m板間距?0.45m溢流形式雙溢流降液管弓形堰長(zhǎng)l1.782m板上液層高度?100mm堰上液層高度?0.031m堰高?0.069m降液管底隙高度?0.038m安定區(qū)寬度W0.07m邊緣區(qū)寬度W0.03m開孔區(qū)面積A4.642m篩孔數(shù)目n954篩孔直徑d25mm孔中心距t75mm開孔率?11.11%空塔氣速v0.872m/s篩孔氣速u0.70749m/s每層塔板壓降?p450.58kpa負(fù)荷上限液泛控制負(fù)荷下限漏液控制液沫夾帶e0.00113kg液/kg氣4.6.2提餾段塔板負(fù)荷性能圖（1）漏液線v在操作允許范圍內(nèi)，取幾個(gè)任意的Ls值，通過Vs?L表4.6提餾段漏液線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V10.1510.8011.3411.63由上表即可作出漏液線1。（2）液沫夾帶線V在操作允許范圍內(nèi)，取幾個(gè)任意的Ls值，通過Vs?L表4.7提餾段液沫夾帶線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V39.5635.9032.7130.04由表中數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線4。（3）液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰而言，我們?nèi)⊙呱弦簩痈叨萮ow作為符標(biāo)準(zhǔn)的最小液體，得hhow取E=1，則L由此作出液相負(fù)荷下限線2。（4）液相負(fù)荷上限線降液管中取液體的停留時(shí)間下限為θ=4s，通過下式計(jì)算得：θ=L根據(jù)此作出液相負(fù)荷上限線3。（5）液泛線V在操作允許范圍內(nèi)，取幾個(gè)任意的Ls值，通過Vs?L表4.8提餾段液泛線數(shù)據(jù)表L0.020.040.060.08V28.8326.7224.6022.50由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。故通過漏液線1，液相負(fù)荷下限線2，液相負(fù)荷上限線3，液沫夾帶線4，液泛線5可作出提餾段塔板的負(fù)荷性能圖，如圖4.2所示。圖4.2提餾段塔板負(fù)荷性能圖第5章化工安全與環(huán)境保護(hù)5.1化工安全苯乙烯為無色透明的油狀液體，性質(zhì)較為穩(wěn)定，在制造合成橡膠、離子交換樹脂和塑料等方面很常見。當(dāng)呼吸道接觸到苯乙烯時(shí)，會(huì)有強(qiáng)烈刺激感和麻醉感，長(zhǎng)期接觸會(huì)有肺部病變的現(xiàn)象。若感到有頭痛、憂郁、健忘等癥狀，則初步診斷為苯乙烯慢性中毒。要將苯乙烯深度中毒人員轉(zhuǎn)移到空氣新鮮的安全地帶，脫去其被污染的外衣，沖洗被污染的皮膚，用大量水沖洗眼睛、淋洗全身、漱口。中毒人員要大量飲水，不能催吐，且需立即到醫(yī)院接受治療ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>晏亮亮</Author><Year>2015</Year><RecNum>105</RecNum><record><rec-number>105</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">105</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">晏亮亮</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">年產(chǎn)10萬噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)資料</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2015</style></year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">本科</style></work-type><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19]。苯乙烯和酸性催化劑可以發(fā)生劇烈的聚合反應(yīng)，并且伴有大量的熱。若苯乙烯蒸氣與空氣形成爆炸性混合物在低處擴(kuò)散時(shí)遇火會(huì)引燃。其燃燒分解產(chǎn)物是一氧化碳和二氧化碳。苯乙烯若起火，救援人員應(yīng)盡可能將苯乙烯容器從火場(chǎng)移至空曠處，噴水冷卻容器直至滅火結(jié)束，苯乙烯起火多用泡沫、二氧化碳做滅火劑進(jìn)行處理。接觸苯乙烯的作業(yè)人員，當(dāng)空氣中苯乙烯濃度超標(biāo)時(shí)，要佩戴過濾式防毒面具、化學(xué)安全防護(hù)眼鏡、防苯耐油手套，穿防毒物滲透工作服。苯乙烯泄漏或火災(zāi)事故的救援人員要佩戴空氣呼吸器。苯乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。5.2環(huán)境保護(hù)苯乙烯作為化工原料用途十分廣泛，90%以上的工藝都采用乙苯生產(chǎn)苯乙烯，用乙苯做原料，在一定的反應(yīng)條件和催化劑的催化作用下，反應(yīng)生成苯乙烯和苯、甲苯、氫氣等，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過多級(jí)的換熱冷卻后，仍未被冷凝的氣體視為乙苯脫氫的尾氣來處理，主要含氫氣、二氧化碳、一氧化碳、水、甲烷及少量芳烴，通常將其作為苯乙烯裝置蒸汽過熱爐的燃料[20]。（1）廢氣：主要是氫氣，可用作填料、火箭燃料等。（2）廢渣：主要是焦油，經(jīng)分離、提純會(huì)分離出多種產(chǎn)品加以利用。可以用于涂料、醫(yī)藥、染料中間體等。（3）廢液：生產(chǎn)工程中排放出來的工藝廢水、冷卻水等都稱為化工廢水。如果這些廢水不經(jīng)處理就被排放，會(huì)對(duì)水體和土壤造成污染，危害人類的身體健康，甚至阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在本工藝中廢液主要是含有鈉鹽、苯