年產(chǎn)30萬(wàn)噸苯乙烯車(chē)間粗苯乙烯精餾工段的工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(留存版)

　　

【正文】 ) rQ 可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱 0rq 計(jì)算： 0(1 0 0 0 / )r A A rQ G M q? (5— 6) 式中 0rq — 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱， KJ/mol； AG — 參與化學(xué)反應(yīng)的 A 物質(zhì)質(zhì)量， Kg； AM — A物質(zhì)分子量。乙苯的脫氫反應(yīng) (見(jiàn)反應(yīng)歷程 ) 其中原料規(guī)格：乙苯（ %） 水蒸氣（ 95%） 原料乙苯含甲苯 %、含苯 %，含焦油 %[13]。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；其缺點(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。是基于液體混合物中各組分揮發(fā)度的差異。苯乙烯在我國(guó)目前仍處于 產(chǎn)不足需 的狀態(tài) ， 我國(guó) 每年仍需 從國(guó)外 大量進(jìn)口，因此，苯乙烯工業(yè)在我國(guó)發(fā)展前景仍十分樂(lè) 觀。截至 20xx 年，國(guó)內(nèi)苯乙烯企業(yè)有 14 家，生產(chǎn)能力約 1Mt／ a，產(chǎn)量 。 20xx年由于世界經(jīng)濟(jì)不景氣的影響，增長(zhǎng)率為 %，隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇， 20xx 年苯乙烯需求增幅為 %， 20xx 年需求增幅為 %，而亞洲地區(qū)的需求增幅則更為強(qiáng)勁，其 20xx年需求增幅高達(dá) %。 Dow 化學(xué)工藝以負(fù)載在γ 沸石上的銅為催化劑，反應(yīng)于 和 100℃下，在裝有催化劑的固定床上進(jìn)行，丁二烯轉(zhuǎn)化率為 90%， 4乙烯基環(huán)己烯（ 4VCH）的選擇性接近 100%。環(huán)氧化反應(yīng)液經(jīng)過(guò)蒸餾得到環(huán)氧丙烷，甲基芐醇在 260℃、常壓條件下脫水生成苯乙烯。目前開(kāi)發(fā)成功的催化劑主要有蘭州石油化工公司研究院的 31 33 34 355 系列催化劑；廈門(mén)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的 XH、 DC 系列以及中國(guó)石化集團(tuán)公司上海石油化工研究院的 GS 系列催化劑等。 苯乙烯別名乙烯基苯， 分子式： C6H5C2H3，分子量 ，常溫下苯乙烯是有辛辣味無(wú)色油狀液體，易燃 .密度 ，熔點(diǎn) ，沸點(diǎn) ， 不溶于水，溶于乙醇、乙醚中， 25℃時(shí)其溶解度為 %。 年產(chǎn) 30萬(wàn)噸苯乙烯車(chē)間粗苯乙烯 精餾工段的工藝設(shè)計(jì) The Process Design of Distillation section of Thick Styrene for Annual Output 300000 Tons of Styrene Workshop 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 暴露于空氣中逐漸發(fā)生聚合及氧化。蘭州石化分公司研究院還從催化劑配方和制備工藝入手，開(kāi)發(fā)出 了以鐵 鉀 鈰 鉬 鎂為主要體系的低鉀型乙苯脫氫催化劑。反應(yīng)產(chǎn)物中苯乙烯與環(huán)氧丙烷的質(zhì)量之比為 ： 1。之后的氧化脫氫采用以氧化鋁為載體的錫 /銻催化劑，在氣相中進(jìn)行。預(yù)計(jì) 20xx 年亞洲苯乙烯需求仍可以 6%— 7%的增幅增長(zhǎng)，其中中國(guó)對(duì)苯乙烯需求旺盛是預(yù)測(cè)需求穩(wěn)定增長(zhǎng)的主要原因，中國(guó)建筑行業(yè)對(duì) PS和發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)的需求量很大，制造業(yè)的加工出口對(duì) PS亦有極大需求。其中中石化產(chǎn)量占 %，中石油占 40%，其余 %[7]為地方投資。 目前國(guó)內(nèi)所采用的苯乙烯生產(chǎn)工藝多為乙苯催化脫氫工藝，單套裝置的年產(chǎn)量較小，未來(lái)關(guān)于苯乙烯生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)方向主要集中在提高單套裝置的年生產(chǎn)能力。 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。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(wàn)噸 /年。原料水蒸氣含 5%的雜質(zhì)氣體。 0 0 0( ) ( )r c R c Pq q q? ? ?? (5— 7) 反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為： 乙苯（ ） 苯（ KJ/mol） 甲苯（ ） 0rq =（ +） KJ/mol=rQ = 3Q =(1000 43390 )= 熱負(fù)荷 2Q 的計(jì)算 2 = + + + )Q Q Q Q Q Q4 5 6 1 3（ ） ( =(++)（ +） = 查手冊(cè)得冷卻水得 pC 為 (Kg年產(chǎn) 30萬(wàn)噸苯乙烯車(chē)間粗苯乙烯車(chē)間精餾工段的工藝設(shè)計(jì)如下表 所示 ： 表 篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) (精餾段 /提餾段） 1 平均溫度 tm ℃ 2 平均壓力 Pm kPa 3 氣相流量 Vs m3 /h 4 液相流量 Ls m3 /h 5 實(shí)際塔板數(shù) Nt 45 6 有效高度 Z m 7 塔徑 D m 8 板間距 HT m 9 溢流形式（降液管） 雙溢流弓形 10 堰長(zhǎng) l。 再根據(jù)物料衡算可知， ?苯乙烯 ， ?焦油 ；可見(jiàn)苯乙烯中焦油的含量非常少。加入阻聚劑的量為：（ +43390+++） %= 表 粗餾塔的物料衡算表 (Kg/批 ) 序號(hào) 物料名稱 質(zhì)量 Kg 物料名稱 質(zhì)量 Kg 1 乙苯 塔頂 乙苯 15 2 苯乙烯 43390 甲苯 3 甲苯 苯 4 苯 塔底 苯乙烯 43390 5 焦油 焦油 6 阻聚劑 阻聚劑 總計(jì) 總計(jì) 乙苯塔的物料衡算表 將粗餾塔塔頂?shù)奈锪霞尤氲揭冶剿校M(jìn)行分離。由于苯乙烯用量很大，需連續(xù)化大生產(chǎn)。 魯姆斯（ UOP∕ 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(lái)，目前大約有 55 套裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。 9 第 3章 生產(chǎn)工藝的反應(yīng)歷程 藝的反應(yīng)歷程 反應(yīng)方程式 催化劑 C2H5 CH=CH2 + H2 500～ 600℃ 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、苯、焦油等； 42665256 HCHCHCHC ?? 425625256 CHCHHCHHCHC ??? 626625256 HCHCHHCHC ??? 25256 58 HCHCHC ?? 2225256 21816 HCOOHHCHC ??? 為了減少在催化劑上的結(jié)炭，需要在反應(yīng)器中進(jìn)料中加入 高溫水蒸氣，從而發(fā)生下述反應(yīng)： 222 2 HCOOHC ??? 脫氫 反應(yīng)式 1mol 乙苯生成 2mol 產(chǎn)品（苯乙烯和氫氣），因此加入蒸汽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 [9]。目前，我國(guó)約 60%的苯乙烯用于生產(chǎn)聚苯乙烯（ PS）和發(fā)泡聚苯 乙烯（ EPS）， 17%用于生產(chǎn) ABS， 23%用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品。 20xx 年裝置開(kāi)工率平均將達(dá)到 1999 年以來(lái)最高的 90%以上。該反應(yīng)在 和 400℃下進(jìn)行， VCH 的轉(zhuǎn)化率約為 90%，苯乙烯的選擇性為 90%，副產(chǎn)物為乙苯、苯甲醛、苯甲酸和二氧化碳。目前世界上擁有該法專利轉(zhuǎn)讓權(quán)的生產(chǎn)商主要有萊昂得爾（ Lyondell）公司、 Shell公司、 Repsol 公司以及前蘇聯(lián)的下姆斯克（ Nizhnekamskneftekhim）公司等。世界乙苯脫氫催化劑的研究正在向低鉀含量、低水比、具有更高穩(wěn)定性和更長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的方向發(fā)展。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 ～ %（體積分?jǐn)?shù)）。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。根據(jù)熱力學(xué)定律，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)設(shè)備理論上進(jìn)行了尺寸計(jì)算及選擇，使設(shè)備滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到所需要的工藝條件。目前，國(guó)外苯乙烯催化劑主要有南方化學(xué)集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的 Styromax Styromax Styromax4 以及 Styromax5型催化劑；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)催化劑公司 推出的 C025HA、 C03 C045 型催化劑；德國(guó) BASF 公司開(kāi)發(fā)的 S6 S620S、 S62 S630 催化劑； Dow 化學(xué)公司開(kāi)發(fā)出的 D0239E 型絕熱型催化劑等。 環(huán)氧丙烷 苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法 環(huán)氧丙烷 苯乙烯（簡(jiǎn)稱 PO/SM）聯(lián)產(chǎn)法又稱共氧化法 [3]，由 Halcon 公司開(kāi)發(fā)成功，并于 1973 年在西班牙首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 丁二烯合成法 Dow 化學(xué)公司和荷蘭國(guó)家礦業(yè)公司（ DSM）都在開(kāi)發(fā)以丁二烯為原料合成苯乙烯技術(shù)。萊昂得爾 (Lyondell)化學(xué)公司和拜耳公司合資在荷蘭鹿特丹建設(shè)世界規(guī)模級(jí) PO／ SM裝置于 20xx 年投產(chǎn)，可 以生產(chǎn) 285kt／ a環(huán)氧丙烷 (PO)和 640kt／ a苯乙烯 (SM)；三是熱裂解汽油抽提蒸餾回收法，典型的世界規(guī)模級(jí)裂解裝置可從熱裂解汽油回收約 25kt／ a苯乙烯和 75kt／ a混合二甲苯。 20世紀(jì) 50年代，蘭州化學(xué)工業(yè)公司建成國(guó)內(nèi)第一套 20kt／ a 苯乙烯裝置。預(yù)計(jì) 20xx年我國(guó)對(duì)苯乙烯的需求量將達(dá)到 780 萬(wàn) t，而屆時(shí)我國(guó)苯乙烯產(chǎn)能為 550 萬(wàn) t/a 左右，市場(chǎng)缺口為 230萬(wàn) 國(guó)經(jīng)濟(jì)保持高速發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)走出低谷逐漸提速，以及世界經(jīng)濟(jì)一體化趨勢(shì)的不斷進(jìn)展和中國(guó)加入 WTO 后市場(chǎng)的日益開(kāi)放，中國(guó)經(jīng)濟(jì)作為世界經(jīng)濟(jì)的一個(gè)組成部分正日益融入全球經(jīng)濟(jì)大循環(huán)，中國(guó)日漸成為一個(gè)理想的全球商品供應(yīng)基地，這為苯乙烯需求提供了廣闊的市 。 本節(jié)以兩組分的混合物系為研究對(duì)象，在分析簡(jiǎn)單蒸餾的基礎(chǔ)上，通過(guò)比較和引申，講解精餾的操作原理及其實(shí)現(xiàn)的方法，從而理解和掌握精餾與簡(jiǎn)單蒸餾的區(qū)別（包括：原理、操作、結(jié)果等方面 ） 。苯乙烯精制塔中分離出純度極高的苯乙 烯和含量極少的焦油。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： G = G + G + G? ? ? ?進(jìn) 出 損 積 式中 G?進(jìn) — 輸入物料量總和； G?出 — 離開(kāi)物料量總和； G?損 — 總的損失量； G?積 — 系統(tǒng)中積累量。 ℃ ) 當(dāng)空氣做自然對(duì)流，散熱層表面溫度為 50～ 350℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算得 ( 8 . 8 1 2 0 . 7 8 5 ) (7 . 6 1 2 0 . 7 8 5 ) ( 5 . 0 1 2 0 . 7 8 5 ) ( 1 0 . 0 1 2 0 . 7 8 5 )A ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2m α =8+=8+60 =11W/(㎡ 32 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 dH 應(yīng)服從下式的關(guān)系： ）（ wd h?? THH ? 苯乙烯 焦油物系屬一般物系，取 ?? ，則 wh 0. 5 0. 45 0. 09 0. 26 5mTH? ? ? ? ?（ ） （ ） 而 dpd hhh ??? LH 板上不設(shè)進(jìn)口堰， dh 可由下式計(jì)算， 即 2d0h = 0 .1 5 3 ( ) 0 .0 0 1 m? ? 液 柱 dH =++= 液柱 ）（ wd h?? THH ? 故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。計(jì)算結(jié)果如下： 塔頂溫度 ?D ℃ 進(jìn)料板溫度 ?F ℃ 精餾段平均溫度 2 92/ 3 2 0t m ??? ）（ ℃ 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 : 由 1x y ?? ,查平衡曲線得 1x = ?mVDM +（ ） =∕ kmol ?mLDM +（ ） =∕ kmol 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 : 由圖解理論板得 ?Fy 查平衡曲線得 ?Fx ?mVFM +（ ） =∕ kmol 25 ?mLFM +（ ） =∕ kmol 精餾段平均摩爾質(zhì)量 : ?mVM （ +） /2=∕ kmol ?mLM （ +） /2=∕ kmol 氣相平均密度計(jì)算 ?? mvmmm RTMPV? 1 1 9 . 0 5 1 2 5 . 4 2 4 . 4 68 . 3 1 4 1 2 9 . 4 2 7 3 . 1 5? ???（ ）3/kgm 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算，即 ?? iim a1 ??L 塔頂液相平均密度的計(jì)算 由 Dt =℃ ,查手冊(cè)得 A? =817kg∕ m3 ?B? 3/kgm m 1 8 1 7 .80 .9 9 9 0 .0 0 18 1 7 1 0 0 0 .8LD? ???（ ）3/kgm 進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算 : 由 ?Ft ℃ ,查手冊(cè)得 A? = 3/kgm ?B? m 1 7 9 7 .30 .0 0 2 10 .9 9 7 9 / 7 9 5 .6 9 9 3 .8LF? ???（ ）3/kgm 精餾段液相平均密度為 ?mL? (+)/2= 3/kgm 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 ?? iim x ??L 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由 Dt =℃ ,查手冊(cè)得 26 ?A? ∕ m ?B? ∕ m ?mLD? + =∕ m 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 : 由 ?Ft ℃ ,查手冊(cè)得