乙苯-苯乙烯精馏塔设计

. 精品 毕 业 设 计 题目 年产10万吨苯乙烯工艺设计 姓 名 所在系部 化 学 工 程 专业班级 有 机 化 工 指导老师 前 言 本设计的内容为10万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置，包括工艺设计，设备设计及平面布置图。 本设计的依据是采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯(Lummus)公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。苯乙烯单体生产工艺技术：深度减压，绝热乙苯脱氢工艺 乙苯脱氢反应在绝热式固定床反应器中进行，其特点是：转化率高，可达55%，选择性好，可达90%。特殊的脱氢反应器系统：在低压（深度真空下）下操作以达到最高的乙苯单程转化率和最高的苯乙烯选择性。该系统是由蒸汽过热器、过热蒸汽输送管线和反应产物换热器组成，设计为热联合机械联合装置。整个脱氢系统的压力降小，以维持压缩机入口尽可能高压，同时维持脱氢反应器尽可能低压，从而提高苯乙烯的选择性，同时不损失压缩能和投资费用。 所需要的催化剂用量和反应器体积较小，且催化剂不宜磨损，能在高温高压下操作，内部结构简单，选价便宜。在苯乙烯蒸馏中采用一种专用的不含硫的苯乙烯阻聚剂。它经济有效且能使苯乙烯焦油作为燃料清洁地燃烧。 工业设计的优化和设备的良好设计可使操作无故障，从而可减少生产波动. 本设计装置主要由脱氢反应和精馏两个工序系统所组成。原料来自乙苯生产装置或原料采购部门，循环水、冷冻水、电和蒸汽来由公用工程系统提供，生产出的苯乙烯产品到成品库。 此设计过程中，为了计算方便，忽略了一些计算过程，故有一定的误差，另由于计算时间比较仓促，有些问题不能够直接解决。设计中有不少错误之处，请指导老师予以批评指正，多提出宝贵意见。 苯乙烯设计任务书 一、设计题目：年产10万吨苯乙烯的生产工艺设计 二、设计原始条件： 1、 原料组成 （质量%） 组别

乙苯 99% 98% 1、2、3 4、5、6 甲苯 0.8% 1.2% 1、2、3 4、5、6 苯 0.2% 0.8% 1、2、3 4、5、6 ∑ 100% 100% 1、2、3 4、5、6

2、操作条件： 年工作日：300天，每天24小时，乙苯总转化率为55% 乙苯损失量为纯乙苯投料量为4.66% . 精品 配料比：原料烃/水蒸汽=1/2.6（质量比） 温度T：第一反应器进口温度630℃，出口温度580℃ 第二反应器进口温度630℃，出口温度600℃ 压力P：床层平均操作压力1.5 * 105 Pa（绝） 3、选择性： C8H10→C8H8+H2 （1） C8H10→C6H6+C2H4 （2） C8H10+H2→C7H8+CH4 （3） 1、2、3 （1）90% （2）3% （3）7% 4、5、6 （1）92% （2）3% （3）5% 4、催化剂条件： （1）采用11#氧化铁催化剂，d=3mm，h=13mm （2）允许通入乙苯空速为：（0.5~0.9）Nm3乙苯/(m3Cat．h) （3） =1050kg/m3 =1500kg/m3 5、参考数据： （1）反应器直径D=2 m （2）取热损失为反应热为4% （3）k=exp(11.281-2545/RT) （4）K=exp(15.344-14656.5734/T) （5）Cat的有效系数 η1=0.7 η2=0.667 （6）填料情况： 取瓷环为25×25的拉西环，所填高度为250mm，锥形高度为250mm，锥角取900 （7）压力：第一反应器进口压力为1.8 * 105 Pa，出口压力为1.2 * 105 Pa，平均压力为1.5 * 105 Pa，压降ΔP=0.6 * 105 Pa。 （8）再沸器：取热损失为水蒸汽放出热量的3%，Q蒸汽=Q吸/（1-3%） （9）传热面积A： 取K=32.12 * 4.18 kJ 目 录 一、绪论……………………………………………………………………………………… 5 1、原料的性质和用途………………………………………………………………………… 5 2、苯乙烯的性质和用途……………………………………………………………………… 5 3、苯乙烯各种生产工艺及比较……………………………………………………………… 6 4、本工艺设计说明…………………………………………………………………………… 6 二、生产工艺说明…………………………………………………………………………… 8 1、原料、成品及半成品……………………………………………………………………… 8 2、主副化学反应式…………………………………………………………………………… 8 3、生产步骤…………………………………………………………………………………… 8 4、原理、化学组成及化学性质……………………………………………………………… 9 5、反应器设计依据…………………………………………………………………………… 10 . 精品 6、主要工艺变量（参数）的选择与控制…………………………………………………… 10 7、流程叙述…………………………………………………………………………………… 11 8、工艺设计物性参数………………………………………………………………………… 13 三、物料及热量衡算………………………………………………………………………… 13 1、计算依据…………………………………………………………………………………… 13 2、物料衡算…………………………………………………………………………………… 14 3、热量衡算…………………………………………………………………………………… 22 四、乙苯—苯乙烯精馏塔的计算…………………………………………………………… 24 1、乙苯—苯乙烯塔操作条件的确定………………………………………………………… 24 2、理论板数的计算…………………………………………………………………………… 25 五、乙苯—苯乙烯塔附属设备计算………………………………………………………… 31 六、乙苯—苯乙烯塔主要工艺条件一览表………………………………………………… 35 七、原材料消耗综合表、排出物表………………………………………………………… 36 八、生产控制………………………………………………………………………………… 37 九、产品消耗定额…………………………………………………………………………… 37 十、三废处理………………………………………………………………………………… 37 十一、原料、中间产品的分析方法………………………………………………………… 38 十二、参考文献……………………………………………………………………………… 38 一、 绪论 1、原料的主要性质与用途 （1）乙苯的主要性质 乙苯是无色液体，具有芳香气味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，几乎不溶于水，易燃易爆，对皮肤、眼睛、粘膜有刺激性，在空气中最大允许浓度为100PPM。乙苯侧链易被氧化，氧化产物随氧化剂的强弱及反应条件的不同而异。在强氧化剂（如高锰酸钾）或催化剂作用下，用空气或氧气氧化，生成苯甲酸；若用缓和氧化剂或温和的反应条件氧化，则生成苯乙酮。 乙苯的其它性质如下表所示： 表1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

常数名称 分子量 液体比重 沸点 熔点 液体热容量 蒸汽热容量 蒸发热 液体粘度 生成热 在水中溶解度 燃烧热 闪点 自燃点 爆炸范围

计量单位 ℃ ℃ kJ/（kg K） Kcal/（kg K） kJ /mol 104kgSee/M2 Kcal/mol Kcal/mol ℃ ℃ %(体积)

常数106.167 0.882 136.2 -94.4 1.754 0.285 35.59 0.679 2.98 1101.1 15 553.0 2.3～. 精品 值 7.4 .

精品 备注 0℃ 101325Pa 101325Pa 298.15K 27℃ 正常沸点下 20℃ 20℃ 0.015 g/100 ml (20 °C) 气体

（2）乙苯的主要用途 乙苯是一个重要的中间体，主要用来生产苯乙烯，其次用作溶剂、稀释剂以及用于生产二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同时它又是制药工业的主要原料。 2、苯乙烯的性质和用途 苯乙烯（SM）是含有饱和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。苯乙烯为无色透明液体，常温下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯难溶于水，25℃时其溶解度为0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。 苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/l。浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范围为1.1～6.01%（体积分数）。 苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。 苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。目前，其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产各种塑料和橡胶。世界苯乙烯生产能力在1996年已达1900万吨，目前全世界苯乙烯产能约为2150～2250万吨。 3、各种苯乙烯生产工艺及比较 目前苯乙烯主要由乙苯转化而成，可通过如下四条工艺路线进行。 (1)苯乙酮法 较早采用苯乙酮法生产苯乙烯，其步骤主要分为氧化、还原和脱水三步，方程式如下： C6H5C2H5 + O2 C6H5COCH3 + H2O C6H5COCH3 + H2 C6H5CHOHCH3 C6H5CHOHCH3 C6H5CHCH2 + H2O 该法苯乙烯产率为75～80%，略低于乙苯脱氢法的产率，但中间副产物苯乙酮产值较高，苯乙烯的精制分离较容易。故此法在国外仍有采用。 (2)乙苯和丙烯共氧化法 本法首先在碱性催化剂作用下，使乙苯液相氧化成过氧化氢乙苯，然后与丙烯进行环氧化反应生成环氧丙烷，乙苯过氧化物则变为－苯乙醇，再经脱水得到苯乙烯，即：