乙苯脫氫制苯乙烯脫氫工段工藝設計

乙苯脫氫制苯乙烯脫氫工段工藝設計摘要本設計是以年產(chǎn)5萬噸苯乙烯為生產(chǎn)目的，采用乙苯脫氫制得苯乙烯的工藝方法，本文針對設計規(guī)定對整個工藝流程進行物料衡算，熱量衡算，對整個工段進行工藝設計和設備選型。然后根據(jù)物料平衡分別對進出脫氫反映器和氣提塔進行物料衡算。根據(jù)熱力學定律對工藝中的第一預熱器第二預熱器，熱互換器和反映器進行了能量衡算。對油水分離器，物料泵，熱互換器理論上進行了尺寸計算及選擇。為滿足設計規(guī)定，達成所需要的工藝條件，本設計本著理論聯(lián)系實際的精神，用現(xiàn)行的乙苯脫氫制取苯乙烯的方法為設計基礎，重要對乙苯脫氫工段進行工藝設計和優(yōu)化。關鍵詞：乙苯脫氫苯乙烯物料衡算能量衡算工藝ABSTRACTThedesignisbasedonanannualoutputof50,000tonsofstyreneproductiontargetofdehydrogenationofethylbenzenetostyreneprocess,Processforthewholeprocessdesignandthemainequipmentselection.Basedonthedesignrequirementsoftheentireprocessofthematerialbalanceandenergybalance.Accordingtothematerialbalancewerecirculatingoil-waterseparator,materialpumps,heateexchangersanddreacters.Accordingtothelawsofthermodynamicstheenergybalanceoftheprocesspreheaterpreheaters,heatexchangersanddreactoroperator.Asfaraspossibletomeetthedesignrequirementstoachievetherequiredconditions.Keyword：ethylbenzene;styrene;materialbalance;energybalance;distillation;第一章文獻綜述1.1苯乙烯的性質及用途1.1.1苯乙烯的性質苯乙烯的分子式為C8H8分子量為104.14，化學結構式如下：—CH=CH2—CH=CH2—CH=CH2苯乙烯又名乙烯基苯，系無色至黃色的油狀液體。具有高折射性和特殊芳香氣味。熔點-30.6。C，沸點為1450C，凝固點－30.40C，相對密度（水的為1）0.91，閃點34.4oC。性質比較穩(wěn)定，不可與陽光接觸，難溶于水，能溶于甲醇、乙酸及乙醚等醇醚等多數(shù)有機溶劑。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氫氣等。苯乙烯蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，其爆炸范圍為1．1％～6．01％。苯乙烯具有乙烯基烯烴的性質，反映性能極強，如氧化、還原、氯化等反映均可進行，并能與鹵化氫發(fā)生加成反映。苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化成醛、酮類。苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯（PS）樹脂。也易與其他含雙鍵的不飽和化合物共聚[1,2]。1.1.2苯乙烯的用途 苯乙烯是一種重要的基本有機化工原料，重要用于生產(chǎn)聚苯乙烯和共聚樹脂、離子互換樹脂不飽和聚酯以及苯乙烯系熱塑性彈性體SBS等和其他樹脂的生產(chǎn)，此外還可用于紡織，制藥和涂料，農(nóng)藥及選礦等工業(yè)。其應用廣泛，本設計采用乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯，具有較好的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益。苯乙烯最大用途是生產(chǎn)聚苯乙烯，此外苯乙烯與丁二烯、丙烯腈共聚，其共聚物可用以生產(chǎn)ABS工程塑料；與丙烯腈共聚可得AS樹脂；與丁二烯共聚可生成丁苯乳膠或合成丁苯橡膠。此外，苯乙烯還廣泛被用于制藥、涂料、紡織等工業(yè)[1,2]。1.2苯乙烯生產(chǎn)方法1.2.1常見的生產(chǎn)方法目前，世界上工業(yè)生產(chǎn)苯乙烯的方法除傳統(tǒng)乙苯脫氫的方法外，出現(xiàn)了乙苯和丙烯共氧化聯(lián)產(chǎn)苯乙烯和環(huán)氧丙烷工藝、乙苯氣相脫氫工藝等新的工業(yè)生產(chǎn)路線，同時積極探索以甲苯和裂解汽油等新的原料路線。迄今工業(yè)上乙苯直接脫氫法生產(chǎn)的苯乙烯占世界總生產(chǎn)能力的90％，仍然是目前生產(chǎn)苯乙烯的重要方法。它又涉及乙苯催化脫氫和乙苯氧化脫氫兩種生產(chǎn)工藝，乙苯催化脫氫是工業(yè)上生產(chǎn)苯乙烯的傳統(tǒng)工藝[3,4]。工業(yè)上,乙苯脫氫反映除采用低壓或負壓外,還采用惰性氣體作稀釋劑來減少烴的分壓,以提高平衡轉化率。常用的稀積劑是水蒸氣,它不僅提高了乙苯脫氫反映的平衡轉化率,還可消除催化劑表面的碳。有時也用作載熱體,供應乙苯脫氫所需的熱量。脫氫反映器是乙苯脫氫工藝的核心,整個工藝是圍繞它來展開的.1.2.2乙苯脫氫制苯乙烯的工藝原理以乙苯為原料，按1:3～1:8水比加入過熱水蒸汽，在軸徑向反映器內，高溫、負壓條件下，催化劑床層進行乙苯脫氫反映，生成苯乙烯主產(chǎn)品，副反映生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、氫氣和二氧化碳。主反映：C6H5CH2CH3→C6H5CHCH2＋H2這是一個強吸熱可逆增分子反映。副反映是熱裂解、氫化裂解和蒸汽裂解反映：C6H5CH2CH3→C6H6＋C2H4C6H5CH2CH3＋H2→C6H5CH3＋CH4C6H5CH2CH3＋H2→C6H6＋C2H6C＋2H2O→2H2＋CO2C2H4＋2H2O→2CO＋4H2水蒸汽變換反映：CO＋H2O→H2＋CO2在水蒸汽濃度很高時，生成苯、甲苯的反映式也許被下列反映所代替：C6H5CH2CH3＋2H2O→C6H5CH3＋CO2＋3H2C6H5CH2CH3＋2H2O→C6H6＋CH4＋CO2＋2H2在乙苯脫氫反映中，原料乙苯中的化學雜質也發(fā)生反映，生成物還會進一步發(fā)反映，為此，最終生成物中還具有另一些副產(chǎn)物，如二甲苯、異丙苯、焦油等[3,4]。1.3國內外生產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀目前，世界上生產(chǎn)苯乙烯的方法重要有環(huán)氧丙烷—苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法、熱解汽油抽提蒸餾回收法，乙苯脫氫法以及丁二烯合成法等。乙苯脫氫法是目前國內外生產(chǎn)苯乙烯的重要方法，有乙苯催化脫氫和乙苯氧化脫氫兩種生產(chǎn)工藝，乙苯催化脫氫是工業(yè)上生產(chǎn)苯乙烯的傳統(tǒng)工藝。2023年，世界上共生產(chǎn)苯乙烯2930萬噸/年，其中美國600萬噸/年，中國55萬噸/年。由于PS和ABS樹脂等下游產(chǎn)品消費的強勁拉動，近年來世界苯乙烯的生產(chǎn)發(fā)展不久。世界苯乙烯的消費構成為：聚苯乙烯是苯乙烯最大的下游衍生物，氣消費量約占總消費量的63.2%。苯乙烯需求的巨大缺口和連續(xù)強勁增長態(tài)勢，是我國苯乙烯生產(chǎn)不斷擴大的原動力。我國苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀50年代中期，自蘭州石油化工公司合成橡膠廠采用傳統(tǒng)的三氯化鋁液相烷基化工藝，建成一套5000噸／年苯乙烯生產(chǎn)裝置以來，我國苯乙烯的生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展。2023年我國苯乙烯的生產(chǎn)廠家有12家，總生產(chǎn)能力達成105萬噸，其中有8套為引進生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力合計為72.9萬噸／年，約占國內苯乙烯總生產(chǎn)能力的69.4％。揚子巴斯夫苯乙烯系列有限公司的14.5萬噸／年裝置是目前國內最大的苯乙烯生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力約占國內苯乙烯總生產(chǎn)能力的13.8％；另一方面是吉林石化公司，生產(chǎn)能力為14.0萬噸，約占國內總生產(chǎn)能力的13.3％。隨著我國苯乙烯生產(chǎn)能力的不斷增長，產(chǎn)量也不斷增長。1995年我國苯乙烯的產(chǎn)量只有2558萬噸，1998年增至56.30萬噸，2023年增長到76.38萬噸，1995-2023年產(chǎn)量的年均增長率達成24.5％。2023年我國苯乙烯的產(chǎn)量進一步增長到89.56萬噸，比2023年增長13.8％，1997-2023年產(chǎn)量的年均增長率為18.5％。2023年我國苯乙烯產(chǎn)量達成94.82萬噸，比2023年增長5.87％，其中中國石化集團公司的產(chǎn)量為45.20萬噸，約占總產(chǎn)量的47.67％；中國石油天然氣集團公司的產(chǎn)量為37.89萬噸，約占總產(chǎn)量的39.96％。中國石油吉林石化公司的產(chǎn)量最大，達至15.98萬噸，約占我國苯乙烯總產(chǎn)量的16.85％，位居全國第一；另一方面是揚予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，產(chǎn)量達至2.34萬噸，約占國內總產(chǎn)量的13.01％；再次是中石化茂名石化公司，產(chǎn)量達10.7萬噸，約占國內總產(chǎn)量的10.97％[5-7]。第二章工藝流程設計2.1乙苯脫氫制苯乙烯工藝乙苯脫氫工藝重要分為烴化工段，乙苯精餾工段，乙苯脫氫工段和苯乙烯精餾工段，以下分別進行簡述。2.1.1烴化工段來自中間倉庫的干苯和來自乙烯車間的乙烯和苯以0.4-0.5:1的配比，從塔底送入反映器。同時，將配好的催化劑溶液經(jīng)復合體加料泵加入反映器，在此反映器內進行烷基化反映。反映產(chǎn)物自烴化反映器上部各自流至冷卻器，冷卻650C后進行烴化液沉降槽沉降分離，分離出的Alc13絡合物自槽底部返回烴化反映器底部，上層烴化液自流至水解塔。沒反映的乙烯氣體和苯蒸汽等從烴化反映器頂部出來經(jīng)冷卻器用循環(huán)水使大部分蒸汽冷凝后進入尾氣吸取塔，用二乙苯吸取未凝蒸汽和HCl氣后，未凝氣放空，二乙苯吸取液反烴化，烴化液自上部直接流至中間倉庫烴化液罐中。2.1.2乙苯精餾工段1．干燥苯塔[8,9]來自中間倉庫原料苯罐經(jīng)原料泵送來的含水900ppm的原料苯，進入回流罐油相區(qū)；來自循環(huán)苯塔的含水量2500ppm的循環(huán)苯，與苯干燥塔頂蒸出的通過冷凝的苯冷卻后進入回流罐分相區(qū)．塔頂氣相溫度810C經(jīng)預熱器與進料換熱器后，進入冷凝器用循環(huán)水冷凝，冷凝后循環(huán)苯塔回流泵送來的循環(huán)苯一起進入冷卻器用循環(huán)水冷卻器用循環(huán)水冷卻后進入回流罐分層區(qū)，上層脫水苯溢流至油相區(qū)，下層水相從集水包間斷排入管線塔釜為干燥苯，采出送至中間倉庫干燥苯罐。2．循環(huán)苯塔來自中間倉庫的烴化液進入循環(huán)苯塔加料區(qū)．塔頂氣相餾分冷凝回流后冷卻進入苯干燥塔回流罐分層區(qū)。塔釜液(重要是乙苯和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。3．精乙苯塔由循環(huán)苯塔釜液泵送出的釜液，進入精乙苯塔加料層，塔頂氣相餾分乙苯經(jīng)冷凝回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。4．二乙苯塔來自精乙苯塔釜液的料液根據(jù)不同組成進入二乙苯塔不同進料板．塔頂?shù)枚冶?，塔釜得到多乙苯?.1.3乙苯脫氫來自中間倉庫乙苯泵送來的乙苯與管網(wǎng)來的蒸汽進入乙苯蒸發(fā)器，乙苯與蒸汽量比為1：1.4，通過過熱器殼程與脫氫反映器出來的6500C煙氣過熱至5800C后，配料氣進入脫氫反映器進行脫氫反映．反映產(chǎn)物經(jīng)空冷，水冷，鹽冷后進入沉降槽，分離后加入阻聚劑阻止聚合，然后進入粗苯乙烯塔。2.1.4苯乙烯精餾工段1．粗苯乙烯塔爐油自中間倉庫送來，進入粗苯乙烯塔由再沸器加熱精餾，塔頂產(chǎn)物苯，甲苯，乙苯輕組分進入循環(huán)乙苯塔的底部產(chǎn)物苯乙烯和苯乙烯焦油。2．精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料為粗苯乙烯塔通過冷卻后的釜液，由再沸器加熱進行精餾。塔頂產(chǎn)品苯乙烯，純度99.6(重量)，塔釜苯乙烯焦油(廢渣之一)。3．循環(huán)乙苯塔笨重乙烯塔塔頂餾分由回流泵送出，經(jīng)循環(huán)乙苯塔進料預熱器，用循環(huán)乙苯塔釜液進行預熱后，進入循環(huán)乙苯塔，由再沸器用1．6MPa蒸汽加熱精餾，塔頂苯，甲苯餾分，送至中間倉庫苯，甲苯罐。塔釜即循環(huán)乙苯，進入循環(huán)乙苯塔冷卻器，送到中間倉庫循環(huán)乙苯罐[9]。2.2工藝影響因素分析本設計用現(xiàn)行的乙苯脫氫制取苯乙烯的方法為設計基礎，重要對乙苯脫氫工段進行工藝設計和優(yōu)化。影響脫氫反映的因素重要有：反映溫度、反映壓力和水蒸汽/乙苯比（簡稱水比）。此外，該反映還受到反映物通過催化劑床層的液體體積時空速度（LHSV）、催化劑性能、原料乙苯中含雜質情況等影響。2.2.1水蒸汽/乙苯比（水比）在恒定的反映溫度和壓力下，較高的水比可使乙苯轉化率提高。由于，蒸汽減少了反映組分的分壓，達成類似于減少反映壓力的效果。水蒸汽可與催化劑上生成的碳發(fā)生反映，起到減少催化劑表面結焦的作用；水蒸汽還可防止催化劑的活性組份還原為金屬，有助于延長催化劑壽命。在相同的乙苯液體空速和反映壓力下，隨著水比的減少，為維持一定的苯乙烯單程收率，就需要升高反映溫度，爐油中副產(chǎn)苯和甲苯明顯增長乙烯選擇性下降。盡管加入水蒸汽有許多好處，但水蒸汽加入量受到反映系統(tǒng)允許壓力降和能耗二個因素的制約。由于高溫過熱水蒸汽的比容很大，過多加入水蒸汽必增大反映物流的體積流量，從而增長系統(tǒng)壓力降，不利于減少反映區(qū)域壓力。此外，增長水蒸汽加入量，必將增長成本，一旦水蒸汽加入量增長到在經(jīng)濟上得不償失的限度，那么提高水比將是沒故意義的。目前，先進的乙苯脫氫工藝均追求以較低的水比獲得較高的苯乙烯收率。減少水蒸汽單耗已成為衡量一個乙苯脫氫工藝路線是否先進的重要判別指標。乙苯轉化率隨水蒸氣用量加大而提高。當水蒸氣用量增長到一定限度時，如乙苯與水蒸氣之比等于16時，再增長水蒸氣用量，乙苯轉化率提高不顯著。在工業(yè)生產(chǎn)中，乙苯與水蒸氣之比一般為l:1.2～1.6（質量比）[10-12]。2.2.2反映溫度乙苯脫氫生成苯乙烯的反映為強吸熱反映，升溫對脫氫反映有利，故乙苯轉化率隨著反映溫度的升高而增長。當溫度升高后，不僅生成苯乙烯的正反映增長，并且消耗苯乙烯的逆反映以更高的速度增長。此外，當反映溫度提高后，雖然乙苯轉化率提高，但副反映（指吸熱的副反映）也將加劇，故生成苯乙烯的選擇性將減少，因而反映溫度不宜過高。從減少能耗和延長催化劑壽命出發(fā)，希望在保證苯乙烯單程收率的前提下，盡量采用較低的反映溫度。但是，由于烴類物質在高溫下不穩(wěn)定，容易發(fā)生許多副反映，甚至分解成碳和氫，所以脫氫適宜在較低溫度下進行。然而，低溫時不僅反映速度很慢，并且平衡產(chǎn)率也很低。所以脫氫反映溫度的擬定不僅要考慮獲取最大的產(chǎn)率，還要考慮提高反映速度與減少副反映。在高溫下，要使乙苯脫氫反映占優(yōu)勢，除應選擇具有良好選擇性的催化劑，同時還必須注意反映溫度下催化劑的活性。2.2.3反映壓力對于給定的反映溫度和水比，乙苯的轉化率隨著反映壓力的減少而顯著增長。在相同的乙苯液體空速和水比下，隨著反映壓力減少，可相應減少反映溫度，而苯乙烯的單程收率維持不變，苯乙烯選擇性提高。這一特性是由乙苯脫氫生成苯乙烯系增分子反映所決定的。此外，苯乙烯是容易聚合的物質。反映壓力高，將有助于苯乙烯自聚，生成對裝置正常運轉十分不利的聚合物，它會導致管道、設備的堵塞。減少系統(tǒng)壓力，則在一定限度上可克制苯乙烯聚合。乙苯脫氫反映是體積增大的反映，減少壓力對反映有利，其平衡轉化率隨反映壓力的減少而升高。反映溫度、壓力對乙苯脫氫平衡轉化率的影響如表2—1所示。表2-1溫度和壓力對乙苯脫氫平衡轉化率的影響Table2-1Temperatureandpressureofethylbenzenedehydrogenationequilibriumconversion0.1MPa溫度，℃0.01MPa溫度，℃轉化率，％0.1MPa溫度，℃0.01MPa溫度，℃轉化率，％5655856204504755003040506456755305606070由表可看出，達成同樣的轉化率，假如壓力減少，溫度也可以采用較低的溫度操作，或者說，在同樣溫度下，采用較低的壓力，則轉化率有較大的提高。所以生產(chǎn)中就采用減少壓力操作。為了保證乙苯脫氫反映在高溫減壓下安全操作，在工業(yè)生產(chǎn)中常采用加入水蒸氣稀釋劑的方法減少反映產(chǎn)物的分壓，從而達成減壓操作的目的。2.2.4催化劑我國乙苯脫氫催化劑的開發(fā)始于60年代，已開發(fā)成功的催化劑有蘭州化學工業(yè)公司315型催化劑；1976年，廈門大學與上海高橋石油化工公司化工廠合作開發(fā)了XH-11催化劑，隨后又開發(fā)了不含鉻的XH-210和XH-02催化劑。80年代中期以后，催化劑開發(fā)工作變得較為活躍，出現(xiàn)了一系列性能優(yōu)良的催化劑，例如：上海石油化工研究院的GS-01和GS-05、廈門大學的XH-03，XH-04、蘭州化學工業(yè)公司的335型和345型及中國科學院大連化物所的DC型催化劑等。脫氫反映是乙苯在催化劑床層中，于600℃左右高溫下發(fā)生的催化脫氫反映。所用催化劑的性能除了脫氫活性之外，特別重要的是對于生成苯乙烯的選擇性要高，并且在高溫和水蒸汽存在條件下的穩(wěn)定性要好，使用壽命要長，這些都是至關重要的。脫氫催化劑的毒物是氯離子，必須控制進料中的氯離子含量，以防催化劑中毒失效，更重要的是在催化劑床層中不能有游離水。催化劑床層進水，則催化劑結塊和有效成份流失，導致床層阻力上升，最終影響轉化率、選擇性指標。2.2.5原料乙苯中雜質的影響原料乙苯的質量，應符合SH/t1140中的一級品的指標，此時，即能滿足催化劑對原料乙苯中氯離子含量的規(guī)定。為了減少副反映發(fā)生，保證生產(chǎn)正常進行，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，堵塞設備和管道，影響生產(chǎn)。此外，規(guī)定原料中乙炔＜10ppm（體）、硫（以H2S計）＜2ppm(體)、氯（以HCl計）≤2ppm(質)、水≤10ppm（體），以免對催化劑的活性和壽命產(chǎn)生不利的影響。在乙苯中所含的異丙苯對脫氫反映也產(chǎn)生一定的影響。異丙苯在乙苯脫氫工藝條件下同樣發(fā)生脫氫反映，生成α-甲基苯乙烯。它的反映必然占據(jù)一些催化活性中心。乙苯異構化脫氫也生成α-甲基苯乙烯，故副產(chǎn)物α-甲基苯乙烯的生成量既與原料乙苯中異丙苯含量有關，也與乙苯異構化脫氫反映有關。2.2.6乙苯液體空速（LHSV）在不考慮返混的前提下，可把乙苯液體空速理解為催化劑床層中反映物在1小時內被置換的次數(shù)?？账俚牡箶?shù)具有“時間”因次，稱為“空時”?？纱致缘赜盟鼇砗饬糠从澄锪显诖呋瘎┐矊又型Ａ魰r間的長短（相對值）。因此，空速反映了停留時間對反映的影響。對于乙苯脫氫反映，在相同的反映壓力和水比條件下，隨著乙苯投料量的增大，即乙苯液體空速增大，欲維持苯乙烯單程收率不變，就得相應提高反映溫度。液體空速是催化劑性能的重要標志之一。液體空速大，意味著反映器單位體積的生產(chǎn)能力大。因此，在相同的反映條件（溫度、壓力、水比）下，在工藝允許范圍內，追求用較大的液體空速進行生產(chǎn)[13-15]。2.3工藝流程簡圖圖2-1工藝流程簡圖工藝流程簡圖如圖2-1所示，由苯及乙烯發(fā)生烷基化反映得到粗乙苯，進入乙苯分離塔將重組分二乙苯，三乙苯及焦油從塔釜回收循環(huán)，塔頂?shù)玫奖脚c乙苯的混合物，進入乙苯精餾塔，塔頂?shù)玫降谋竭M行回收，在烷基化反映塔中再次進行反映。在精餾塔中制得的乙苯，進入乙苯脫氫反映器，得到苯乙烯粗產(chǎn)品及其他雜質。進入乙苯/苯乙烯分離塔，將粗苯乙烯從塔頂進入苯乙烯蒸餾塔，通過苯乙烯蒸餾塔，得到符合產(chǎn)品規(guī)定的精制苯乙烯，塔底有焦油等雜質排出。乙苯/苯乙烯分離塔塔頂?shù)玫降氖谴忠冶?，進入甲苯/乙苯分離塔，可以從其塔底得到較高純度的乙苯，通過循環(huán)回收乙苯，讓乙苯重新進入脫氫反映器。甲苯/乙苯塔塔頂?shù)玫郊妆?，進入苯/甲苯進行分離，塔頂?shù)玫奖?，塔底得到甲苯[16-18]。第三章工藝計算3.1物料衡算3.1.1物料衡算原始數(shù)據(jù)外購乙苯質量應符合SH/t1140標準中相關項目指標[19-22]：表3-1外購乙苯原料質量指標Table3-1purchasedethylbenzenequalityindicatorsofrawmaterials分析項目質量指標分析方法優(yōu)級品一級品外觀無色透明均勻液體，無機械雜質和游離水目測純度%99.7099.50SH/t1148二甲苯%0.100.15SH/t1148異丙苯%0.030.05SH/t1148二乙苯%0.0010.001SH/t1148硫%0.0003不測定不測定表3-2互供乙苯原料質量指標Table3-2interactionforethylbenzenequalityindicatorsofrawmaterials序號項目質量指標分析方法1外觀無色透明均勻液體，無機械雜質和游離水目測注2純度，%≥99.5SH/t11483二甲苯，%≤0.20SH/t11484異丙苯，%≤0.05SH/t11485二乙苯（含正丁苯），%≤0.001SH/t1148根據(jù)設計任務，苯乙烯的年生產(chǎn)能力為5萬噸/年。開工因子=生產(chǎn)裝置開工時間/年自然時間。為了充足運用設備，開工因子應取的較大，接近1，但又不能等于1。由于還要考慮到設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65天，則年工作日為（365-65）天=300天共計7200小時。按年工作日300天計算,單程轉化率42%選擇性92%乙苯原料純度99%全車間進料中：苯：0.995（wt）乙烯：0.997（wt）每小時精苯乙烯（100%）的量:其中年產(chǎn)量：5萬噸=50000000kg生產(chǎn)時間：7200h則苯乙烯產(chǎn)量50000000/7200=6944.445kg/h純苯乙烯量6944.445×99.5%=6909.722kg/h每小時產(chǎn)量中純苯乙烯量/(1-3%)，苯乙烯生成量6909.722/(1-3%)=7123.425kg/h所需新鮮苯乙烯的量7123.425×106/(90%×99%×104)=8148.613kg/h所需乙苯總量7123.425×106/(42%×92%×99%×104)=18979.688kg/h循環(huán)乙苯量18979.688-8148.613=10831.075kg/h水蒸氣所需量18979.688×1.5=28469.532kg/h新鮮乙苯中含二甲苯的量8148.613×1%=814.861kg/h循環(huán)乙苯中含二甲苯量及苯乙烯量10831.075×0.5%=54.155kg/h表3-3新鮮乙苯組成Table3-3freshethylbenzene組成乙苯二甲苯∑Wt%991100Kg/hr8067.12781.4868148.613已知各反映轉換率：C6H5CH2CH3→C6H5C2H3+H292%C6H5CH2CH3→C6H6＋C2H42.5%C6H5CH2CH3＋H2→C6H5CH3＋CH44.7%C6H5CH2CH3→C16H18＋H20.5%C＋2H2O→2H2＋CO20.3%反映后各種產(chǎn)物的生成量計算結果如下：表3-4各種產(chǎn)物的生成量Table3-4theformationofvariousproducts組分子量進料量出料量Kg/hrKmol/hrKg/hrKmol/hrYi%乙苯10618979.688177.26310898.136102.8135.602二甲苯106135.6521.280135.6521.2800.069苯乙烯10454.1550.5217123.42568.4503.732氫氣200140.11670.0583.817乙烯280052.1151.8610.101甲烷160055.9853.4990.191甲苯9200321.9243.4990.191二氧化碳440078.6191.7870.097水1828469.531581.64128423.8681579.85486.078苯7800145.1791.8620.101二聚體2100078.1730.37230.020∑—47449.2371760.70447466.6921835.37899.9993.1.2物料衡算(1)油水分離器水油組成表3-5各物質在水中溶解度Table3-5substancesinthewatersolubility名稱苯甲苯乙苯苯乙烯聚苯乙烯二甲苯溶解度g/100gH2O0.180.050.02170.040.10計算油水分離器加入量，并計算出油層水層總量及其組成：Li=Li水冷+Li鹽冷被溶解量=溶劑量×溶解度未溶解量=Li-被溶解量如：乙苯Li水冷=10886.147kg/hrLi鹽冷=10.182kg/hrLi=10886.147+10.182=10896.329kg/h被溶解量=28430.926×0.0217/100=6.170kg/hr未溶解量=10896.329-6.170=10890.159kg/hr計算結果列表如下：表3-6油層水層總量及其組成Table3-6reservoiroftotalwaterlayeranditscomponents組分Li水冷kg/hrLi鹽冷kg/hrLikg/hr被溶量kg/hr未容量kg/hrXi水wt%Xi油wt%乙苯10886.14710.1820896.3296.17010890.1590.021658.5893苯乙烯7118.0724.6177122.68911.3737111.3170.039838.2591水28356.89474.03228430.92614215.463099.60890二甲苯133.8251.202135.0270135.02700.7264甲苯320.9880.790321.67814.216307.4630.04981.6541苯143.5981.144144.74251.17693.5660.17930.5034二聚體78.173078.17328.43149.7420.09960.2676∑47037.69791.86647129.56328542.289018587.27399.999999.9999(2)對反映系統(tǒng)進行物料衡算表3-7反映系統(tǒng)進行物料衡算結果Table3-7ResponseSystemforthematerialbalanceresults組分進入反映系統(tǒng)kg/hr鹽水冷凝器放空量kg/hr被溶量kg/hr未溶量kg/hr乙苯18789.8901.7966.17010890二甲苯135.6520.6000135.027苯乙烯54.1660.73911.3737111.317氫氣0140.116//乙烯051.15//甲烷055.987//甲苯00.23014.216307.463二氧化碳078.619//水28469.536.43828430.9230苯00.45651.16693.561二聚體0028.43149.742∑47449.237337.09628542.29018587.273計算總進出物料量∑進料=18789.890+135.652+54.166+28469.530=47449.237kg/hr∑出料=337.096+28542.290+18587.273=47466.659kg/hr[19,20]3.2能量衡算3.2.1蒸發(fā)器原料：為計算方便，把原料所有當作乙苯已知:乙苯常壓下沸點為136.2oC，蒸發(fā)器出口溫度140oC把乙苯從20oC加熱到140oC所需熱量計算如下:（1）求所需熱量Q把乙苯從20oC加熱到136.2oC（液到液）所需熱量Q1：先求平均溫度噸m再查tm下的乙苯的Cpm，最后計算Q1=GCPm(t2-t1)由石油化工計算圖表查得tm=（136.2+20）/2=78.1oCCPm=36kcal/kgoC即Q1=GCPm(t2-t1)=47449.237×36×（136.2-20）=.127kcal把乙苯從136.2oC（液）轉化為136.2oC（氣）所需熱量Q2先查136.2oC乙苯氣化潛熱，△H=82kcal/kgoC再計算Q2=G△H=47449.237×82=3890837.434kcal把乙苯從136.2oC（氣）加熱到140oC（氣）所需熱量Q3先求平均溫度再查tm下的乙苯的Cpm，tm=（136.2+140）/2=138.1oCCpm=40.7kcal/kgoC最后計算Q3=GCPm(t2-t1)=47449.237×40.7(140-136.2)=733848.917kcal把乙苯從20oC（液）加熱到140oC（氣）所需的熱量Q總：Q總=Q1+Q2+Q3=.127+3890837.434+733848.917=.4kcal（2）加熱所需蒸氣量：配比水蒸氣所放出的熱量Q蒸:已知配比水蒸氣的蒸氣壓力6kg/cm2(表)先求出平均溫度噸m,再查噸m下的水蒸氣的cpm,tm=（164.2+140）/2=152.1oCCPm=8.12kcal/kgoC最后計算Q蒸=GCPm(t2-t1)=28469.53×8.12×(164.2-140)=594376.523kcal加熱所需水蒸汽量G蒸氣：把乙苯從20oC（液）加熱到140oC（氣）實際所需的熱量Q實際：即Q實際=Q總-Q蒸=.4-594376.523=.9kcal查蒸氣壓力為7kg/cm2下的水蒸氣氣化潛熱，△H=493.774kcal/kg即G蒸氣=Q實際/△H=.9/493.774=423552.084kg3.2.2第一預熱器（1）把原料乙苯從140oC（氣）加熱到300oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm,tm=（300+140）/2=220oCCpm=46.11kcal/kgoC最后計算Q1=GCPmt2-t1)=47449.237×46.11(300-140)=.203kcal（2）把水蒸氣從140oC（氣）加熱到300oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=220oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm=8.3kcal/kgoC（3）最后計算Q2=GCpmt2-t1)=413396.829×8.3(300-140)=.5kcal第一預熱器把乙苯和水蒸氣混合物從140oC（氣）加熱到300oC（氣）所需熱量Q總=Q1+Q2=.203+.5=.703kcal3.2.3熱互換器運用反映器出來的高溫氣體把物料從300oC（氣）加熱到430oC（氣），計算如下：（1）把原料乙苯從300oC（氣）加熱到430oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=365oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm=57.7kcal/kgoC最后計算Q1=GCpmt2-t1)=47449.237×57.7(430-300)=kcal（2）把水蒸氣從300oC（氣）加熱到430oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=365oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm=8.3kcal/kgoC最后計算Q2=GCpm(t2-t1)=413396.829×8.3(430-300)=.384kcal熱互換器把乙苯和水蒸氣混合物從300oC（氣）加熱到430oC（氣）所需熱量Q總Q總=Q1+Q2=+.384=.36kcal3.2.4第二預熱器（1）把原料乙苯從430oC（氣）加熱到550oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=490oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm=65.5kcal/kgoC最后計算Q1=GCpm(t2-t1)=47449.237×65.5(550-430)=.89kcal（2）把水蒸氣從430oC（氣）加熱到550oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=490oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm=8.51kcal/kgoC最后計算Q2=GCpm(t2-t1)=413396.829×8.51(550-430)=.775kcal第二預熱器把乙苯和水蒸氣混合物從430oC（氣）加熱到550oC（氣）所需熱量Q總Q總=Q1+Q2=.89+.775=.665kcal3.2.5反映器（1）原料從550oC（氣）加熱到580oC（氣）所需熱量Q加把原料乙苯從550oC（氣）加熱到580oC（氣）所需熱量Q1先求出平均溫度tm=565oC,再查tm下的乙苯(氣)的Cpm=67.7kcal/kgoC最后計算Q1=GCpm(t2-t1)=47449.237×67.7(580-550)=96369399.332kcal（2）把水蒸氣從550oC（氣）加熱到580oC（氣）所需熱量Q2先求出平均溫度tm=565oC,再查tm下的水蒸氣(氣)的Cpm=8.65kcal/kgoC（3）最后計算Q2=GCpm(t2-t1)=413396.829×86.5(580-550)=.126kcal第二預熱器把乙苯和水蒸氣混合物從550oC（氣）加熱到580oC（氣）所需熱量Q加Q加=Q1+Q2=96369399.332+.126=.457kcal(2)計算各反映器所需熱量Q反25oC下反映熱△H0298=(∑ni△H0i)產(chǎn)-(∑ni△H0j)反,Cp=a+bt+ct2a’=(∑niai)產(chǎn)-(∑njaj)反b’=(∑nibi)產(chǎn)-(∑njbj)反c’=(∑nici)產(chǎn)-(∑njcj)反△H0噸2=△H0噸1+∫噸1噸2∑niCpdt=△H0噸1+∫噸1噸2∑(a’+b’+c’)dt=△H0298+a’(t2-t1)+1/2b’(t22-t12)+1/3c’(t23-t13)各物質25oC標準生成焓△H0298一律查《基本有機化學工程》下冊，比熱Cp查《基本有機化學工程》上冊，查得結果列表如下：表3-8各物質25oC標準生成焓Table3-8substanceat25oC,thestandardenthalpyofformation組分H0298kcal/kgoCCp=a+bt+ct2kcal/kgoCab×10-3c×10-6乙苯7150-8.77144160.295-100.798苯乙烯35300-6.7462147.119-96.0684氫06.4241.039-0.07804乙烯125002.83028.601-8.726苯19810-0.40977.621-26.429甲苯119900.57693.493-31.227甲烷-178903.38118.044-4.300碳04.11.02主反映所需熱量△H0噸主主反映：C6H5CH2CH3→C6H5C2H3+H292%△H02987150353000△H0298=(∑ni△H0i)產(chǎn)-(∑ni△H0j)反=35300×68.474-7150×68.474=kcala’=(6.424-6.746+8.77144)×68.474=578.722b’=(1.039+147.119-160.295)×10-3×68.474=-0.8315c’=(-0.07804-96.0684+100.798)×10-6×68.474=3.186×10-4H0噸主=+578.722×(580-25)+1/2×(-0.8315)×(5802-252)+1/3×3.186×10-4(5803-253)=2130415.817kcalQi=Gi△H0噸iQ1=7260.414×2130415.817=1.547×1010kcal副反映所需熱量△H0噸副的計算如主反映所示C6H5CH2CH3→C6H6＋C2H42.5%Q2C6H5CH2CH3＋H2→C6H5CH3＋CH44.7%Q3C＋2H2O→2H2＋CO20.3%Q4反映所需熱量：Q2=197.294×48795.722=9.628×106kcalQ3=-370.913×48745.772=-1.774×107kcalQ4=23.68×3506.7954=8.3×104kcal則Q總=Q1+Q2+Q3+Q4=1.546×1010kcal第四章設備的計算與選型4.1熱互換器根據(jù)能量守恒原理，假設熱損失可忽略不計，則單位時間內熱流體放出的熱量等冷流體吸取的能量[21]。熱負荷Q為：式中KJ/(Kg·℃)；t－冷流體的溫度，℃。其中Q=37614633.69kJ管殼式換熱器的對數(shù)平均溫度按逆流計算，即℃查得，所以℃故換熱面積為查<<化工原理>>上冊得，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)1267個；中心排管數(shù)為39個；管程流通面積為0.2239m2列管長度6000mm，換熱面積446.2m2，所以需要2個這樣的換熱器。4.2脫氫反映器乙苯脫氫制苯乙烯反映器有兩種，一種是外加熱列管式等溫反映器，另一種是絕熱式反映器。目前兩種反映器在國內外大型生產(chǎn)中均有使用。本設計是以外加熱列管式等溫反映器為主。4.2.1反映器結構的計算（1）催化劑的填充量

根據(jù)空速算得催化劑的填充量為：VR=VON/SV

VR—催化劑的填充量，m3SV—體積空速，h1

VoN—原料氣體體積標流量VON=21888.696×[273/（273+600）]×（100/101.325）=6755.409m3/hVR=6755.409/1000=6.755m3

（2）反映管長度的計算

取空床速度為1.4m/s，則床層截面積為：

AR=Vo/uo=21888.696/(1.4×3600)=4.34m2

則催化劑床層高度為：

HR=VR/ARAR=6.755/4.34=1.556m

根據(jù)化工原理取床層空隙率為0.4，則反映管長為:

H=1.556+1.556×0.4=2.179m（3）管束尺寸和反映管的排列

選取工業(yè)上所用的Φ35×2.5的列管，則單管催化劑體積為：V1=0.25×π×Ld2=0.785×0.032×1.556=1.099×10-3m3則管數(shù)為：n=VR/Vo=6.755/1.099×10-3m3=6146根則反映器管數(shù)為6146根，反映器采用正三角形排列采用正三角形排列，反映器列管的布置與普通換熱器有很大不同。一方面，管束中央水循環(huán)受阻，傳熱惡化，溫度分布不均，故此區(qū)域不布管；另一方面反映管的排管把整個管板按30℃劃分為12個區(qū)間，整個管板由一個30°區(qū)間陣列而成。取中央不布管區(qū)域直徑為200mm。按正三角形排列，取管心距為t=1.25do=0.04375m，采用三角形排列，則單管所占的面積為s=t2√3/2=0.043752√3/2=1.66×10-3m。則反映器的直徑為Di=√[(6146×1.66×10-3+0.00785)/0.785]=2606mm

（4）反映床層壓降

△Pb/H=ρu2fm/dp(1-εb/εb)

fm=a+b(1-εb/εb)Rm=dpρuuo/μ

式中

p——壓力，Pa;fm——修正的摩擦系數(shù)；

ρ——流體密度，kg/m3；

u0——空塔線速，m/s；dp——催化劑顆粒直徑，m；εb——床層空隙率；

H——床層高度，m；

μ——流體的絕對黏度，pas；

a、b——系數(shù)，采用Ergun提出的數(shù)值，a＝1.75，b＝150。而取

uo=1.4m/s,εb=0.5,ρ=4.58151kg/m3,μ=6.4×10-5pas,dp=1.5mm

Rem=0.0015×4.58151×1.4/6.4×10-5=1.503×102fm=1.75+150(1-0.5/0.5)=151.75

△pb=6×1.5175×4.58151×1.42×(1-0.5/0.5)/0.0015=54.501kpa

4.2.2機械強度的計算和校核

（1）設計的選材

考慮到使用溫度、需用應力、價格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設計中選?。簹んw、列管、管板、封頭、法蘭、支座、折流板材料為0Cr18Ni10T。

（2）板厚的計算

根據(jù)流體進出口溫度，選擇流體的設計溫度為675，設計壓力為0.1×1.1=0.11Mpa由于本操作是在高溫下進行，所選材料為耐高溫材料0Cr18Ni10Ti。焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)1；根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對OCr18Ni9鋼板C1=1,C2=2，材料的許用應力[δ]t=58Mpa（2-60mm）

則厚度按下式計算：

δd=C+pDi/(2[δ]tψ-p)=0.11×3606/(2×58×0.1-0.11)+3.4=37.59mm

圓整后取厚度為38mm。

（3）氣壓實驗

0Cr18Ni10Ti的屈服極限為[δ]t=58Mpa,[δ]=205Mpa，氣壓實驗：

pT=p+0.1=0.1+0.1=0.2MpapT=1.15p=1.15×0.2=0.23Mpa

兩者之間取較大值，所以

pT=0.23Mpa

氣壓實驗強度校核滿足公式：σT=pT(δd+Di)/2δdψ則σT=0.23×(37.59+2606)/2×58=7.22MPa<0.8

×205=164MPa所以氣壓實驗滿足強度規(guī)定。取反映器筒體直徑為2800mm,厚度為40mm。內徑為2720mm。（4）板厚

取板厚10mm。（5）孔數(shù)和孔徑的擬定

Di=2720mm，取孔徑d=10mm，則孔數(shù)為：

N=a/(d/Di)2=0.02/(10/3720)2=2768

在分布板中心部分按等邊三角形排列，這樣，每一圈是正六邊形，最外2～3圈為同心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適當補加一些孔。設孔間距為s，則：

s=2720/√(2768/0.907)≈70mm

取椎帽外徑為40mm，實際排孔數(shù)個3277，此時

a=3277×(10/3850)2=0.022，△pd=2×4.5815×0.542/2×0.0222=2760.26pa>△pdmin滿足規(guī)定。

4.2.3管口設計(1）反映器進口反映器進口總流量為Vin=6755.409m3/h=1.876m3/s，選進入反映器之前總管道運送速度為15m/s，采用DN=1000的管道(根據(jù)GB/T1057-1995)校核：根據(jù)選取的公稱直徑為1000，則速度為u=4√1.876/(3.14×12)=4.06m/s反映器選氣體進口速度為25m/s，則進口管直徑為:

d=√(4Vin/3uπ)=√(4×1.876/3.14×3×25)=0.566m,圓整后采用DN=600的壓力管口(2)出口管設計反映器出口流量為Vout=6772.382m3/h=1.884m3/s，取出口管速度為15m/s則出口管直徑為：d=√(4Vin/3uπ)=√(4×1.884/3.14×3×25)=0.659m圓整后選取DN=700的壓力管口（根據(jù)GB/T1057-1995）校核：根據(jù)選取的鋼管內徑為700mm，則：u在15-30m/s范圍內,可以選取。

由于反映器中間不排管，最佳選用環(huán)盤型折流板，板間距為1m，板厚10mm。折流板材料為16MnR。

4.2.4封頭的設計

選用橢圓形封頭，取形狀系數(shù)K=1，則其深度為1150mm，壁厚為反映器厚度40mm，查表得直邊高度為ho=40mm。所以橢圓形封頭外徑為2800mm，厚度為40mm，直邊高度為1150mm，直邊高度為40mm4.2.5支座的設計

支座采用裙座，材質為16MnR，裙座與塔體的鏈接采用對接式焊接，裙座筒體外徑為2900mm，厚度為36mm，地腳螺栓的結構選擇外螺栓作結構形式，螺栓規(guī)格為M80×6，個數(shù)為30個。由于反映器筒體大高，需要在裙座內部設立梯子。裙座上開設人孔方便檢查,選擇公稱直徑為450mm的人孔（根據(jù)HG21515-95）。

為減少腐蝕以及在運營中也許有氣體溢出，需要在裙座上部設立排氣管，根據(jù)反映器直徑,設立排氣管規(guī)格Φ100×4?？紤]到裙座的防火問題，在裙座內外側均敷設防火層，防火材料為石棉水泥層，厚度為44.3油水分離器重力法脫除水中的油滴其基本原理是運用水與油的密度差,使含油污水中的油滴在設備中上浮而除去。按照Stokes定律,油滴的脫除效率只與油滴粒徑、油與水物性、解決量和浮升面積有關,而與浮升高度無關,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構,以增大浮升面積,提高油滴脫除效率。并且由于多層板組當量直徑的減小,可使液流在較大流量下保持層流狀態(tài),也有助于油滴的有效分離。但是，在一定的設備高度內，增長多層板層數(shù)、縮短板距，必然帶來要固定多層板而需的結構上的復雜與困難。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，其解決效率的提高及設備的緊湊化，就受到限制。另一種強化途徑是，使含油污水中的細小油滴通過聚結床合并為大油滴，則能使脫油效率得到較大的提高，這就是油滴的聚結。但采用聚結技術，也有限制，即流速要在一定范圍內，且不僅需要此外的浮升分離空間，還需定期反洗，增長了投資和操作費用。本高效油水分離器，正是將“淺池原理”和“聚結技術”結合起來，用特殊的內部分離構件和配置，保證了在一定設備容積內，可提供最大的油滴浮升面積，以及盡也許多的油滴聚結機會，并使得水中油滴在浮升中聚結，在聚結中浮升，且內部液流分布均勻，防止了液流的短路與溝流，故在較短的停留時間內，可獲得較高的脫油效率[22-25]。4．4液料泵選型由于本次設計所輸送液體為輕質油，所以選擇油泵。4．4．1加料泵查<<化工原理>>，選用單級懸臂泵65Y-60B，流量為19．8m3／h，轉速2950，揚程38m，效率55％，功率5．5KW。4．4．2回流泵查<<化工原理>>，選用單級懸臂泵65Y-60B，流量為19．8m3／h，轉速2950，揚程38m，效率55％，功率5．5KW。4.5主設備備圖第五章車間布置5.1車間布置在本設計中，苯乙烯全廠的布局參考了某公司的各個車間的布局。作為一個面向現(xiàn)代化的苯乙烯工廠，在設計中廠區(qū)的交通，衛(wèi)生，環(huán)境規(guī)定都比較高，各車間的布局要合理，便于生產(chǎn)的順利進行，將生產(chǎn)區(qū)和辦公大樓分開建設，一個完善而先進的污水解決站也是必需的。同時，還應當有職工活動中心等。車間布置設計的目的是對廠房的配置和設備的排列作出合理的安排，并決定車間，工段的長度，高度和建筑結構形式，以及各車間之間與工段之間的互相關系。車間布置設計必須在充足調查的基礎上，掌握必要懂得資料作為設計的依據(jù)或參考。這些資料涉及：生產(chǎn)工藝流程圖，物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質，設備資料，公用系統(tǒng)耗用量，土建資料和勞動安全，防火，防爆資料，車間組織及定員資料，廠區(qū)總平面布置，有關布置方面的一些規(guī)范資料。本設計負責年產(chǎn)50000噸苯乙烯廠脫氫車間工藝設計，其重要工序涉及乙苯生產(chǎn)→乙苯精餾→苯乙烯生產(chǎn)→苯乙烯精餾→成品。因該生產(chǎn)流程所用的設備大多為反映釜和換熱器，車間布置可選擇露天布置，這樣可節(jié)省建筑成本。其車間布局涉及兩層樓。泵體一般安裝于第1層，因反映器大貫穿于第1、2層；預熱器都安裝于第2層，便于對反映的操作。這樣的布局符合苯乙烯生產(chǎn)的工藝規(guī)定[23]。5.2車間平面立面布置圖第六章帶控制點的工藝流程6.1帶控制點的工藝流程由苯及乙烯發(fā)生烷基化反映得到粗乙苯，進入乙苯分離塔將重組分二乙苯，三乙苯及焦油從塔釜回收循環(huán)，塔頂?shù)玫奖脚c乙苯的混合物，進入乙苯精餾塔，塔頂?shù)玫降谋竭M行回收，在烷基化反映塔中再次進行反映。在精餾塔中制得的乙苯，進入乙苯脫氫反映器，得到苯乙烯粗產(chǎn)品及其他雜質。進入乙苯/苯乙烯分離塔，將粗苯乙烯從塔頂進入苯乙烯蒸餾塔，通過苯乙烯蒸餾塔，得到符合產(chǎn)品規(guī)定的精制苯乙烯，塔底有焦油等雜質排出。乙苯/苯乙烯分離塔塔頂?shù)玫降氖谴忠冶?，進入甲苯/乙苯分離塔，可以從其塔底得到較高純度的乙苯，通過循環(huán)回收乙苯，讓乙苯重新進入脫氫反映器。甲苯/乙苯塔塔頂?shù)玫郊妆?，進入苯/甲苯進行分離，塔頂?shù)玫奖?，塔底得到甲苯[16-18,29-31]。6.2帶控制點的工藝流程圖第七章廠區(qū)平面布置7.1廠區(qū)布置的基本任務和規(guī)定7.1.1廠區(qū)布置的基本任務廠區(qū)布置涉及的對象是生產(chǎn)過程中使用的機器設備、各種無聊和從事生產(chǎn)的操作人員。廠區(qū)布置的基本任務是結合廠區(qū)的各種自然條件和外部條件來擬定生產(chǎn)過程中各臺機器設備的空間位置，以獲得最合理的物料和人員的流動路線。在全廠總品面布置圖上擬定裝置的位置和占地之后，應了解原料、成品、半成品的儲罐區(qū)、裝置外管帶、道路及有關相鄰裝置等的相對位置，以便擬定本裝置的位置和設備，建筑物的布置，使原料、產(chǎn)品的儲運系統(tǒng)和公用公稱系統(tǒng)管道的布置合理，并與相鄰裝置在布置風格上互相協(xié)調。7.1.2廠區(qū)布置的規(guī)定廠區(qū)布置應滿足生產(chǎn)、安全和發(fā)展的規(guī)定。在進行設計時，要注意一下幾個方面。(1)通道在布置道路系統(tǒng)時，必須考慮當前和將來的交通運送規(guī)定。布置的道路應使車輛在到達制定地點時盡也許不通過工藝區(qū)或不違反危險區(qū)域的非類規(guī)定。為了維修而需要運送設備和材料的地方，必須有何時的通道。道路應有足夠的寬度，可以通行必須通過的車輛。由道路經(jīng)如工廠的設備不應受路緣，排水溝和地面上管道等的阻礙。要考慮消防設備所需要的通道。工廠內部的鐵路和與國家鐵路的接軌點應與本地鐵路部門協(xié)商后設計，以滿足工廠原料接受和產(chǎn)品分派的規(guī)定。在廠址布置時鐵路的設計應盡早予以考慮，且要與公路規(guī)劃部門通盤考慮。(2)生產(chǎn)線廠區(qū)布置應根據(jù)物料流程圖決定不同工藝部分彼此間的相對位置，規(guī)定保證徑直和短捷的生產(chǎn)作業(yè)線，盡量避免交叉迂回，使各種物料的輸送距離最小。同時也應使人員的交通路線徑直和短捷，不同貨流之間，貨流和人流之間都應盡量避免交叉和迂回。當并不規(guī)定所有的生產(chǎn)車間都排在一跳直線上。假如生產(chǎn)車間較多，排成直線，將使地形伸長，給倉庫，輔助車間的裝配及生產(chǎn)管理帶來不便?？梢詫⒔ㄖ锱懦蓢崱或噸噸字形。廠區(qū)布置要考慮風向的影響，重要使為了盡也許地避免因風向而引起的火災和減少因風向而導致的污染。對生產(chǎn)有害氣體或粉塵的車間應將其布置在下風側，以減少對周邊環(huán)境的污染。(3)物料運送一個好的現(xiàn)場布置可以把物料從倉庫的來回運送距離以及物料在加工時的運送距離減小至最低限度。要把原料的卸料區(qū)和成品的裝載區(qū)分開，裝料和卸料區(qū)應當位于現(xiàn)場的邊界上，靠近入口的地方。對于容易散發(fā)令人厭惡的氣味或有危險性的物料要按照有關的規(guī)定設立特別裝卸區(qū)。工廠內部的運送可以用管路、運送機或車輛。運送管路的鋪設應當與道路系統(tǒng)平行；當用車輛運送時，它們所走的途徑應當規(guī)劃好。交通繁忙的十字路口可以筑橋解決。(4)輔助設施的位置鍋爐房、動力站、冷卻塔和泵房應當布置在安全的地方，當發(fā)生火災或洪水時，不會喪失他們的功能和作用。在布置輔助設施的位置時，應先考慮將公用系統(tǒng)耗量大的車間盡量集中布置，以形成負荷中心。輔助工程要接近負荷中心，使各種公用系統(tǒng)介質的輸送距離最短，以減少管線投資和能量損失。擬定鍋爐房的位置時，應當考慮不利的風向和主導風向對煙塵或燃料堆的灰塵所引起的不良后果，要避開工藝區(qū)。鍋爐水解決裝置一般位于鍋爐房內，當規(guī)模較大的水解決裝置可以布置在單獨的建筑物或地區(qū)內，以便于藥品的回收。泵房和變電所等應當位于不受火災和洪水影響的地方。假如不屬于裝置整體部分，則應當位于非防爆區(qū)域內。(5)中心建筑物中心建筑物涉及行政辦公樓、餐廳、醫(yī)療中心、機修、倉庫及化驗室等。行政辦公樓應當位于公共、安全的地方，如工廠的重要入口處或位于有也許向大氣排放煙霧裝置的上風向。餐廳和醫(yī)療中心應當位于安全地區(qū)，與工人重要集中點的距離要近，并有宜人的周邊環(huán)境。機修車間、總倉庫等應當位于安全區(qū)，要處在和工藝裝置容易接近的地區(qū)，并有供交通運送的直接通道。工廠化驗室應布置在他們所服務的裝置的中心，但應位于安全區(qū)。(6)建筑物的間距工業(yè)建筑物之間的距離必須負荷消防安全面的規(guī)定，保持必要的防火距離，同時還時消防車順利通過。防火距離是根據(jù)生產(chǎn)的火災危險限度及建筑物的耐火限度而決定的。見附錄。(7)排出物液體排出物有雨水，也有來自車間或裝置的排出物。在考慮排水系統(tǒng)和污水解決系統(tǒng)是要和本地有關部門協(xié)商，把未來的發(fā)展也考慮進去。暴雨積水和工廠無害的排水可以在敞開的溝渠內或下水道內通過，但有氣味的排水必須在密閉的下水道內通過。排水走向應與道路系統(tǒng)平行，下水道可以沿著道路布置。下水道應有一定坡度，以使排水自凈，切與下水井連接。每一個下水井應有一個液封，以反之氣體通過下水道流動是發(fā)生保著和火災蔓延。易燃的廢渣和不含水的廢液等焚燒爐的位置，應當在排出這些三廢物質的裝置附近。廢棄的固體物料應從工藝裝置直接裝車運出。假如必須在現(xiàn)場設立中間堆場，該設立點不能對其他車間或工廠引起公害。氣體排出物應當燒掉或排至一定高度，在任何情況瞎都不能讓有害或有味的煙霧形成公害。在設立煙囪是，要考慮不利的風向或知道風向所導致的影響。(8)安全化工生產(chǎn)具有易燃、易爆、有毒等特點。廠區(qū)布置應當充足考慮安全，嚴格遵守防火和衛(wèi)生等安全規(guī)范及標準，其中重點是反之火災和爆炸的發(fā)生。消防站和救護站應當選在發(fā)生火災時不會受影響的位置。必須對的布置供水總管、消防栓的位置以及消防水龍帶的地點。工給消防栓的埋地水管應沿道路靠近裝置布置，若從天然水源取水，則要有通向水源的道路。(9)發(fā)展由于工藝流程的更新、加工限度的深化和產(chǎn)品品種的變化等因素，廠區(qū)的布局規(guī)定有較大的彈性，對工廠的發(fā)展變化有較大的適應能力。隨著工廠的發(fā)展變化，廠區(qū)的生產(chǎn)布局和安全布局應仍能保持合理，不需作太大的改動。7.2建筑物布置廠區(qū)內建筑物涉及以下幾個部分。(1)生產(chǎn)廠房。生產(chǎn)廠房涉及各種需要在室內操作的廠房，如泵房，壓縮機房合成纖維裝置的酯化、聚合廠房、抽絲與后加工廠房等。(2)控制室和輔助生產(chǎn)廠房。涉及變電房、化驗室、維修間和倉庫等。(3)非生產(chǎn)廠房。涉及辦化、值班室、更衣室、浴室和廁所等。建筑物應當配合生產(chǎn)工藝裝置而建造，而不是生產(chǎn)工藝裝置去配合按慣例設計的建筑物。①.建筑物模數(shù)建筑物的跨度、柱距和層高等特殊規(guī)定外，一般應按照建筑物統(tǒng)一模數(shù)設計。②.廠房高度和間距廠房高度重要根據(jù)設備吊裝所需空間和設備進出口管道標高而擬定。建筑物的構筑物之間的距離應當?shù)扔诮ㄖ叨鹊囊话?。假如兩者不等高則取較高的一邊，或者是10m，取其中最大的那個數(shù)字。對于有灰塵、爆炸性或可燃性物料的建筑物或構筑物，應當距離熱的工藝設備、配電裝置和類似危險物至少15m。③.建筑物形成的選擇除了氣溫較低的地區(qū)采用室內布置外，一般工廠采用露天布置?；げ坑?984年發(fā)出了《關于化工廠設計采用聯(lián)合、露天布置的原則規(guī)定》的告知，因而大多數(shù)自動化連續(xù)生產(chǎn)的工廠趨向于露天布置、而集中的控制設施則置于建筑物內。根據(jù)如下情況可以采用部分遮蓋或封閉結構的建筑物。a操作人員工作的性質和次數(shù)。b設備的形式。c工藝過程的性質。d危險性。e噪聲因素。(4)敞開的構筑物①樓層樓層間隔一般不小于3m，管子，電纜等底部的最小凈空應不小于2.25m。在擬定樓層間距時，還要考慮攪拌器軸和其他容器內件的拆卸。多層建筑的工廠，各層樓板要留有洞孔，可以通過最大容器的該字。這些洞孔要有欄桿加以保護，在它的上面應裝有起重用的梁。②框架框架按這北布置需要可以和管廊結合在一起布置。假如在管廊下布置機器和泵，則管廊的管道在泵的上方，管道上方第一層框架布置高位容器，第二層布置冷卻器和換熱器，最上一層布置空冷器或冷凝冷卻器?？蚣芤嚎梢元毩⒉贾?，根據(jù)各類設備規(guī)定來設立，如塔框架、反映器框架、冷換設備和容器框架等?？蚣艿慕Y構尺寸應按設備的不同規(guī)定而擬定。在管廊附近的框架，其柱距以與管廊柱距對齊為宜一般為6m?？蚣芸缍入S架空設備規(guī)定不同而異?？蚣艿母叨葢獫M足工藝操作、設備安裝檢修和敷設管道的規(guī)定?？蚣艿膶痈邞醋畲笤O備規(guī)定擬定。在布置設備時盡也許件尺寸近似的設備布置在同一層框架上，且要考慮設備支座梁的位置，使其經(jīng)濟合理。③平臺當工廠設備為適應工藝布置而需要支承在高位時，必須為操作和檢修設立平臺。操作中需要維修，檢查，調節(jié)和觀測的地點，如人孔，手孔，塔，容器管嘴法蘭，調節(jié)閥，取樣點，流量孔板，液面計，經(jīng)常操作的閥門和需要用機械清理的管道轉彎處都應當設立平臺。對平臺的尺寸規(guī)定如下：一般平臺寬度不應小于0.8m，平臺上凈空不應小于2.2m；相鄰塔器的平臺標高應盡量同樣，一邊布置成聯(lián)合平臺；為設備人孔，手孔，設立的平臺，與人孔底部的距離宜為0.6～1.2m，不宜大于1.5m；為設備加料口設立的平臺，距料口頂不宜大于1.0m；裝設在設備上的平臺不應妨礙設備的檢修，否則應做成可拆卸式的。平臺的防護欄桿高度應為1m，標高20m以上的平臺的防護欄桿高度應為1.2m。防護欄桿為固定式的防護設施，對影響檢修的欄桿應設立為可拆卸的。平臺荷重一般按200kg/m^2均布荷載設計，對供檢修用的平臺一般按400kg/m^2均布荷載設計。對大型設備的檢修平臺應按器最大部件的荷重與土建規(guī)定設計。④梯子梯子的尺寸規(guī)定如下：斜梯的角度一般為45度，由于條件限制也可以采用55度。每段斜梯的高度不宜大于5m，超過5m可設梯間平臺，分段設梯子。斜梯的寬度不應小于0.7m，最大不得大于1m。直梯的寬度宜為0.4～0.6m。設備上的直梯宜從側面通向平臺，每段直梯的高度不應大于8m，超過8m時必須設梯間平臺，分段設梯子。超過2m的直梯應設立安全護籠。根據(jù)防火規(guī)定，甲乙丙3類塔區(qū)聯(lián)合平臺計其他工藝設備和大型容器或容器組的平臺，均應設立不少于2個通往地面的梯子，作為安全出口。各安全出口的距離不應大于25m。但對長度不大于8m的甲類平臺和長度不大于15m的乙丙類平臺，可只設一個梯子。相鄰的框架平臺宜根據(jù)安全疏散的需要用走橋連通。(5)控制室的布置控制室是裝置的自動控制中心，又是操作人員集中之處，屬于重點保護的建筑物。因此，在裝置布置設計中，對于控制室的位置與布置規(guī)定，必須予以足夠的重視。解決易燃，有毒，有粉塵或有腐蝕性介質的裝置，控制室宜設在本地區(qū)常年最小頻率風向的下風側?？扇細怏w，可燃液體的在線分析一次儀表間與工藝設備的防火間距不予限制?？刂剖覒h離振緣避免周邊環(huán)境對室內地面導致振幅為0.1mm，頻率為25hz以上的連續(xù)性振動，不能排除時，應采用減震措施?？刂剖也粦拷匾煌ǜ傻溃绮豢杀苊猓鈮εc主干道中心線的距離不應小于20m。從控制室道裝置應有直接的通道，但控制室不能布置成人行通道?？刂剖业慕ㄖ倚枰€應涉及輔助用室。控制室不宜與高壓配殿是，壓縮機廠房鄰近布置。使用電子儀表的控制室，周邊環(huán)境對室內儀表的磁場干擾強度應不大于400A/m，不能排除時應采用防護措施?？刂剖覒紤]發(fā)展的也許，在平面圖中應當預留一定的位置，在結構上也應安排使之能與擴建相連接，例如北部的電纜溝等。由一個工藝操作人員來執(zhí)行的一些儀表，應集中在一起。儀表盤在不同的工藝裝置之間應有明確的劃分。嘴需要注意且嘴關鍵的變量的顯示儀表應布置的實現(xiàn)最所及的位置。相關有關的變量應當彼此靠近。儀表盤的布置如圖。(6)變電、配電室的布置變電、配電室是易產(chǎn)生火花的地點，是裝置的動力中心，屬于重點保護建筑物。應盡也許設在便于音節(jié)電源，接近負荷中心和進出相方便之處，避免設在有劇烈振動的場合。變電、配電室一般不可與可燃氣體壓縮機公用一幢建筑物，而常與控制室公用一幢建筑物。對于用電量較大的裝置往往將變電、配電室設立獨立的建筑物內。變壓器可露天或半露天布置，這是變壓器眾位應設固定圍欄，變壓器外廓與圍欄或建筑物墻的距離不應小于0.8m。電纜敷設的方式有兩種，即電纜溝敷設和架空敷設。有的裝置兩種方式兼用，即從配電室地下溝內引電纜至用電設備區(qū)，泵和壓縮機的驅動機用電纜一般仍采用溝內敷設。這樣比較經(jīng)濟合理。(7)化驗室的布置但裝置設在距全廠性控制分析化驗室較遠，超過1500m，且分析項目和分析次數(shù)較多時，可在裝置內設化驗室，化驗室的面積按分析項目和次數(shù)多少擬定，化驗室為明火房間，不應與甲，乙A類房間布置在一起。與控制室公用一幢建筑物時，化驗室應在最外邊[]。7.3廠區(qū)平面布置圖第八章環(huán)境保護與安全措施8.1化工“三廢”的解決化工設計中必須依照《化工建設項目環(huán)境保護規(guī)定》HG/T20667-2023和《石油化工污水解決設計規(guī)定》SH3095-200、《石油化工噪聲控制設計規(guī)定》SH/T3146-2023，使排放物達成國家《污水綜合排放標準》GB8978-1996和《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1997的規(guī)定規(guī)定。8.1.1廢氣化學工業(yè)中大氣污染物的特點是：有的是有毒物質，有的是對人類有威脅的致癌物質，有的是有強腐蝕性的，有的是易燃易爆氣態(tài)物。本工藝生產(chǎn)過程中重要是氫氣，可以作補充填料使用。8.1.2廢渣化學工業(yè)固體工業(yè)廢棄物屬工業(yè)固體廢棄物的一種，重要指硫酸燒渣、鉻渣、制堿廢渣和磷肥工業(yè)廢渣。本工藝重要是焦油，殘渣，殘渣可以掩埋解決，焦油作為涂料原料出廠。8.1.3廢液化工廢水是指化學工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，其中具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)廢水重要來源式縮合反映中生成的水，經(jīng)多次中和洗滌后的水，脫酮、脫苯時氣體蒸汽的冷卻水，廢水中具有鈉鹽，苯等。治理辦法一方面從工藝上減少廢水的排放量，用沉降法分離廢水中的懸浮物質，苯為有毒物質可以考慮用活性分離或膜分離等解決方法將其分離，也可用連續(xù)萃取的方法將其做回收解決，經(jīng)解決的廢水達標后方可排放或做循環(huán)運用。油水分離污水符合國家標準后排入下水道。8.1.4副產(chǎn)品解決一覽表表8.1副產(chǎn)品解決一覽表Table8.1byproductList名稱解決方法苯、甲苯作為有機溶劑出廠焦油作為涂料原料出廠8.1.5廢物解決一覽表表8.2廢物解決一覽表Table8.2WasteDisposalList名稱狀態(tài)毒性解