5 酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論 文） 2012 級 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 專業(yè) 題目: 年產(chǎn)十萬噸苯乙烯工藝設(shè)計 畢業(yè)時間： 二一五年六月 學(xué)生姓名： 晏亮亮 指導(dǎo)教師： 徐晶 班 級： 2012 石化（2）班 年 月 日 2 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2015 屆各專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表 姓名 晏亮亮 班級 12 石化（2）班 專業(yè) 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 指導(dǎo)教 師第一 次指導(dǎo) 意見 年 月 日 指導(dǎo)教 師第二 次指導(dǎo) 意見 年 月 日 指導(dǎo)教 師第三 次指導(dǎo) 意見 年 月 日 指導(dǎo)教 師評語 及評分 成績： 簽字（蓋章） 年 月 日 答辯小 組評價 意見及 評分 成績： 簽字（蓋章） 年 月 日 教學(xué)系 畢業(yè)實 踐環(huán)節(jié) 指導(dǎo)小 組意見 簽字（蓋章） 年 月 日 學(xué)院畢 業(yè)實踐 環(huán)節(jié)指 導(dǎo)委員 會審核 意見 簽字（蓋章） 年 月 日 2 前 言 本設(shè)計的內(nèi)容為 10 萬噸/年乙苯脫氫制苯乙烯裝置，包括工藝設(shè)計，設(shè)備設(shè) 計及平面布置圖。 本設(shè)計的依據(jù)是采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯公司生產(chǎn)苯乙烯 的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕 熱乙苯脫氫工藝 乙苯脫氫反應(yīng)在絕熱式固定床反應(yīng)器中進行，其特點是：轉(zhuǎn)化率高，可達(dá) 55%，選擇性好，可達(dá) 90%。特殊的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)：在低壓（深度真空下）下 操作以達(dá)到最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過 熱器、過熱蒸汽輸送管線和反應(yīng)產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計為熱聯(lián)合機械聯(lián)合裝置。 整個脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機入口盡可能高壓，同時維持脫氫反應(yīng) 器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時不損失壓縮能和投資費用。 所需要的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小，且催化劑不宜磨損，能在高溫高 壓下操作，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，選價便宜。在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫 的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。 工業(yè)設(shè)計的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動. 本設(shè)計裝置主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生 產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供， 生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫。 此設(shè)計過程中，為了計算方便，忽略了一些計算過程，故有一定的誤差， 另由于計算時間比較倉促，有些問題不能夠直接解決。設(shè)計中有不少錯誤之處， 請指導(dǎo)老師予以批評指正，多提出寶貴意見。 2 苯乙烯設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計題目：年產(chǎn) 10 萬噸苯乙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計 二、設(shè)計原始條件： 1、原料組成（質(zhì)量%） 組別 乙苯 甲苯 苯 1、2、3 99% 0.8% 0.2% 100% 4、5、6 98% 1.2% 0.8% 100% 2、操作條件： 年工作日：300 天，每天 24 小時，乙苯總轉(zhuǎn)化率為 55% 乙苯損失量為純乙苯投料量為 4.66% 配料比：原料烴/水蒸汽=1/2.6（質(zhì)量比） 溫度 T：第一反應(yīng)器進口溫度 630，出口溫度 580 第二反應(yīng)器進口溫度 630，出口溫度 600 壓力 P：床層平均操作壓力 1.5 * 105 Pa（絕） 3、選擇性： C8H10C 8H8+H2 （1） C8H10C 6H6+C2H4 （2） C8H10+H2C 7H8+CH4 （3） 1、2、3 （1）90% （2）3% （3）7% 4、5、6 （1）92% （2）3% （3）5% 4、催化劑條件： （1）采用 11#氧化鐵催化劑，d=3mm，h=13mm （2）允許通入乙苯空速為：（0.50.9）Nm 3 乙苯/(m 3Cath) （3） =1050kg/m3 =1500kg/m3 5、參考數(shù)據(jù)： （1）反應(yīng)器直徑 D=2 m （2）取熱損失為反應(yīng)熱為 4% （3）k=exp(11.281-2545/RT) 2 （4）K=exp(15.344-14656.5734/T) （5）Cat 的有效系數(shù) 1=0.7 2=0.667 （6）填料情況： 取瓷環(huán)為 2525 的拉西環(huán)，所填高度為 250mm，錐形高度為 250mm，錐角取 900 （7）壓力：第一反應(yīng)器進口壓力為 1.8 * 105 Pa，出口壓力為 1.2 * 105 Pa，平均壓力為 1.5 * 105 Pa，壓降 P=0.6 * 10 5 Pa。 （8）再沸器：取熱損失為水蒸汽放出熱量的 3%，Q 蒸汽 =Q 吸 /（1-3%） （9）傳熱面積 A： 取 K=32.12 * 4.18 kJ 2 目 錄 一、緒論 5 1、原料的性質(zhì)和用途 5 2、苯乙烯的性質(zhì)和用途 5 3、苯乙烯各種生產(chǎn)工藝及比較 6 4、本工藝設(shè)計說明 6 二、生產(chǎn)工藝說明 8 1、原料、成品及半成品 8 2、主副化學(xué)反應(yīng)式 8 3、生產(chǎn)步驟 8 4、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì) 9 5、反應(yīng)器設(shè)計依據(jù) 10 6、主要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制 10 7、流程敘述 11 8、工藝設(shè)計物性參數(shù) 13 三、物料及熱量衡算 13 1、計算依據(jù) 13 2、物料衡算 14 3、熱量衡算 22 四、乙苯苯乙烯精餾塔的計算 24 1、乙苯苯乙烯塔操作條件的確定 24 2、理論板數(shù)的計算 25 五、乙苯苯乙烯塔附屬設(shè)備計算 31 六、乙苯苯乙烯塔主要工藝條件一覽表 35 七、原材料消耗綜合表、排出物表 36 八、生產(chǎn)控制 37 九、產(chǎn)品消耗定額 37 十、三廢處理 37 2 十一、原料、中間產(chǎn)品的分析方法 38 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 2 十二、參考文獻(xiàn) 一、 緒論 1、原料的主要性質(zhì)與用途 （1）乙苯的主要性質(zhì) 乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾 乎不溶于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃 度為 100PPM。乙苯側(cè)鏈易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強弱及反應(yīng)條件的不同 而異。在強氧化劑（如高錳酸鉀）或催化劑作用下，用空氣或氧氣氧化，生成 苯甲酸；若用緩和氧化劑或溫和的反應(yīng)條件氧化，則生成苯乙酮。 乙苯的其它性質(zhì)如下表所示： 表 1 序號 常數(shù)名稱 計量單位 常數(shù)值 備注 1 分子量 106.167 2 液體比重 0.882 0 3 沸點 136.2 101325Pa 4 熔點 -94.4 101325Pa 5 液體熱容量 kJ/（kg K） 1.754 298.15K 6 蒸汽熱容量 Kcal/（kg K） 0.285 27 7 蒸發(fā)熱 kJ /mol 35.59 正常沸點下 8 液體粘度 104kgSee/M2 0.679 20 9 生成熱 Kcal/mol 2.98 20 10 在水中溶解度 11 燃燒熱 Kcal/mol 1101.1 氣體 12 閃點 15 13 自然點 553.0 14 爆炸范圍 %(體積) 2.37.4 （2）乙苯的主要用途 乙苯是一個重要的中間體，主要用來生產(chǎn)苯乙烯，其次用作溶劑、稀釋劑 以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同時它又是制藥工業(yè)的主要原料。 2、苯乙烯的性質(zhì)和用途 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 2 苯乙烯（SM）是含有飽和側(cè)鏈的一種簡單芳烴，是基本有機化工的重要產(chǎn) 品之一。苯乙烯為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于 水，25時其溶解度為 0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶劑中。 苯乙烯在空氣中允許濃度為 0.1ml/l。濃度過高、接觸時間過長則對人體有 一定的危害。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 1.16.01%（體積分?jǐn)?shù)）。 苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強，苯乙烯暴露于空氣 中，易被氧化而成為醛及酮類。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對稱取代物，乙烯基因 帶有極性而易于聚合。在高于 100時即進行聚合，甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩 慢的聚合。因此，苯乙烯單體在貯存和運輸中都必須加入阻聚劑，并注意用惰 性氣體密封，不使其與空氣接觸。 苯乙烯（SM）是合成高分子工業(yè)的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹 脂，也易與丙烯腈共聚為 AS 塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯 腈共聚為 ABS 塑料，還能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚 酯樹脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用 途極為廣泛。目前，其生產(chǎn)總量的三分之二用于生產(chǎn)聚苯乙烯，三分之一用于 生產(chǎn)各種塑料和橡膠。世界苯乙烯生產(chǎn)能力在 1996 年已達(dá) 1900 萬噸，目前全 世界苯乙烯產(chǎn)能約為 21502250 萬噸。 3、各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及比較 目前苯乙烯主要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過如下四條工藝路線進行。 (1)苯乙酮法 較早采用苯乙酮法生產(chǎn)苯乙烯，其步驟主要分為氧化、還原和脫水三步， 方程式如下： C6H5C2H5 + O2 C6H5COCH3 + H2O C6H5COCH3 + H2 C6H5CHOHCH3 C6H5CHOHCH3 C 6H5CHCH2 + H2O 該法苯乙烯產(chǎn)率為 7580%，略低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率，但中間副產(chǎn)物苯乙 酮產(chǎn)值較高，苯乙烯的精制分離較容易。故此法在國外仍有采用。 (2)乙苯和丙烯共氧化法 本法首先在堿性催化劑作用下，使乙苯液相氧化成過氧化氫乙苯，然后與丙烯 進行環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物則變?yōu)楸揭掖?，再?jīng)脫水得到 苯乙烯，即： C6H5C2H5 + O2 C6H5CHOOHCH3 C6H5CHOOHCH3 + CH3CHCH2 C6H5CHOHCH3+ C3H6O C6H5CHOHCH3 C6H5CHCH2 + H2O 本過程以乙苯計的苯乙烯產(chǎn)率約為 65%，低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率。但它還能 生產(chǎn)重要的有機化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價值，故目前國外 也有采用此法生產(chǎn)的。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 2 (3)乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫法是目前尚處于研究階段生產(chǎn)苯乙烯的方法。在催化劑和 過熱蒸汽的存在下進行氧化脫氫反應(yīng)的，即： 2C6H5C2H5 + O2 2C6H5CHCH2 + 2H2O 此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以利用氧化反應(yīng)放出的熱量產(chǎn)生 蒸汽，反應(yīng)溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類較多，如氧化鎘，氧化 鍺，鎢、鉻、鈮、鉀、鋰等混合氧化物，鉬酸銨、硫化鉬及載在氧化鎂上的鈷、 鉬等。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進一步研 究開發(fā)。 (4)乙苯催化脫氫法 這是目前生產(chǎn)苯乙烯的主要方法，目前世界上大約 90%的苯乙烯采用該方 法生產(chǎn)。它以乙苯為原料，在催化劑的作用下脫氫生成苯乙烯和氫氣。反應(yīng)方 程式如下： C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 同時還有副反應(yīng)發(fā)生，如裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng)： C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2 C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5 C6H6 + CH2CH2 高溫裂解生碳： C6H5C2H5 8C + 5H2 在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)： C6H5C2H5 + 2H2O C6H5CH3 + CO2 + 3H2 此外還有高分子化合物的聚合反應(yīng)，如聚苯乙烯、對稱二苯乙烯的衍生物等。 4、本工藝設(shè)計說明 (1)生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn) 100000 噸精苯乙烯，純度99.7%。 (2)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。 魯姆斯(Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯 脫氫工藝； 魯姆斯（孟山都/UOP）經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝簡介： 該工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM）單體中最成熟和有效的技術(shù)，自 1970 年 實現(xiàn)工業(yè)化以來，目前大約有 55 套裝置在運轉(zhuǎn)。 A、工藝流程 從乙苯(EB)生產(chǎn)苯乙烯的經(jīng)典流程如附圖 1 所示。 乙苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當(dāng)?shù)难?化狀態(tài)。蒸汽既加熱反應(yīng)進料、減少吸熱反應(yīng)的溫度降，同時蒸汽也降低產(chǎn)品 的分壓使反應(yīng)平衡向著苯乙烯(SM)方向進行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催 化劑的一定活性。 高溫、高壓蒸汽稀釋和低反應(yīng)系統(tǒng)壓力能提供良好的反應(yīng)平衡曲線，對乙 苯(EB)轉(zhuǎn)化為苯乙烯(SM)有利，在有兩個絕熱反應(yīng)器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯 (EB)的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 70%85%。新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一部分蒸汽混合， 然后在一個用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個 兩段、絕熱的徑向催化反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進行脫氫。熱反應(yīng)產(chǎn)物在一個熱交換器內(nèi)冷 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 2 卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸 汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機混合物（DM）。 在脫水有機混合物(DM)（苯乙烯、未反應(yīng)乙苯、苯、甲苯和少量高沸物） 中加入一種不含硫的阻聚劑(NSI)以減少聚合而損失苯乙烯（SM）單體，然后在 乙苯/苯乙烯單體（EB/SM）分餾塔進行分離，塔頂輕組分(EB 及輕組分(苯/甲 苯)從塔頂取得)去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回 脫氫反應(yīng)器原料中。EB/SM 塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分餾 塔內(nèi)進行分餾，塔頂產(chǎn)品即為苯乙烯（SM）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。 典型苯乙烯單體產(chǎn)品性能如表 2： 表 2 性能 指標(biāo) 苯乙烯 99.7% 顏色，APHA 10 聚合物 10ppm(W) 硫 1ppm(W) 苯乙炔 30ppm(W) 過氧化物 20ppm(W) 粘度（25） 0.7mm2/s 目前現(xiàn)代化工藝裝置中生產(chǎn)的苯乙烯純度已可達(dá) 99.8%(W)以上。 B、工藝特點和優(yōu)點 （a）特殊的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)： 在低壓（深度真空下）下操作以達(dá)到最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙 烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反應(yīng)產(chǎn)物換熱器組成， 設(shè)計為熱聯(lián)合機械聯(lián)合裝置。整個脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機入口盡 可能高壓，同時維持脫氫反應(yīng)器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時 不損失壓縮能和投資費用。 （b）低蒸汽/油（EB）比的設(shè)計方案： 魯姆斯公司設(shè)計的苯乙烯裝置是在低蒸汽/油比下操作，可降低苯乙烯生產(chǎn) 成本，已在工業(yè)化裝置的操作中證明在低蒸汽/油比的情形下，新催化劑的穩(wěn)定 性良好。 （c）能量回收： 魯姆斯公司在苯乙烯裝置上已實現(xiàn)了低品位能量（500 大卡/公斤苯乙烯） 的回收工藝，利用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱來汽化乙苯和水的共沸物， 并直接送至脫氫反應(yīng)器，而不需要任何壓縮設(shè)備。 （d）安全： 一旦儀表系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何嚴(yán)重誤操作或故障時，脫氫反應(yīng)的自動聯(lián)鎖系統(tǒng) 即啟動，無需任何操作員工即可將裝置自動轉(zhuǎn)入安全操作狀態(tài)或安全停工。 （e）操作容易： 利用該技術(shù)的工業(yè)化裝置已證明它具有很高的可靠性。工業(yè)設(shè)計的優(yōu)化和 設(shè)備的良好設(shè)計可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動和損失。 （f）催化劑壽命長： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 2 根據(jù)操作經(jīng)驗，脫氫催化劑的使用壽命是 1824 個月。隨著乙苯裝置上催 化劑壽命的延長，乙苯和苯乙烯裝置更換催化劑的停工時間也可適應(yīng)盡量減少 總停車時間的需求。 （g）加入阻聚劑： 在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟有效且能 使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。 本設(shè)計裝置主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生 產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供， 生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫，由銷售部門銷售。本裝置采用 24 小時連續(xù)運行， 年運行 7200 小時（300 天）。 二、生產(chǎn)工藝說明 1、原料、成品及半成品 乙苯純度99.8%，沸程 135.8136.5。為了減少副反應(yīng)發(fā)生，保證生 產(chǎn)正常進行，要求原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。因為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(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。 另外，要求原料中乙炔10ppm（V%）、硫（以 H2S 計）<2ppm（V%）、氯（以 HCl 計）2ppm（%）、水10ppm（%），以免對催化劑的活性和壽命產(chǎn)生 不利的影響。 本裝置生產(chǎn)純度99.7%的苯乙烯產(chǎn)品。 乙苯經(jīng)脫氫反應(yīng)器反應(yīng)后，反應(yīng)生成物送乙苯苯乙烯塔分離成乙苯（苯 和甲苯）及粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。 2、主、副化學(xué)反應(yīng)式 乙苯在脫氫反應(yīng)器中主要發(fā)生下列反應(yīng)： 主反應(yīng)：C 6H5C2H5 C 6H5CHCH2 + H2 副反應(yīng)：C 6H5C2H5 + H2 C 6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2 C 6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5 C 6H6 + CH2CH2 3、生產(chǎn)步驟 乙苯脫氫反應(yīng)在固定床反應(yīng)器中進行，同時伴隨三個副反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng) 循環(huán)水冷凝器和鹽水冷凝器冷卻后，降溫到 8左右，苯、甲苯、乙苯、苯乙 烯、水和重組分全部冷凝，甲烷和乙烯不冷凝，冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水 和有機混合物，將水分離，在有機混合物中添加阻聚劑 2,4-二硝基-鄰-二-丁 基酚（DNBP）。有機混合物送精餾工序。先經(jīng)乙苯苯乙烯塔分離成乙苯（及 苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。乙苯餾分送苯-甲苯塔分成苯、 甲苯餾分和回收乙苯，回收乙苯返回脫氫工序。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙 烯和焦油。 要求：乙苯-苯乙烯塔真空操作：塔頂壓力：180200mmHg。 苯-甲苯塔塔頂操作壓力：塔頂壓力<160mmHg。 精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。 4、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì) 苯乙烯（SM）是乙苯（EB）經(jīng)過高吸熱脫氫反應(yīng)而生成： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 2 EB=SM+H2 反應(yīng)深度由平衡控制： （1）汽態(tài)平衡常數(shù)為：K P=PSMPH2/PEB=PTYSMYH2/YEB 其中：P T系統(tǒng)總壓；P SM(H2/EB)各對應(yīng)組分分壓；Y SM(H2/EB) 各對應(yīng)組 分摩爾分率； （2）對于所有吸熱氣相反應(yīng)，平衡常數(shù)隨著溫度的提高而增加，這時反應(yīng) 平衡關(guān)系如下： lnKP=AB/T （T：K，K P：atm） 其中：A=16.0195，B=3279.47； 因此，溫度升高，EB 轉(zhuǎn)化為 SM 的轉(zhuǎn)化率亦隨之升高。 EB/SM 混合物還進行一些不受平衡控制的初級反應(yīng)（副反應(yīng)），其中首要的 是脫烴反應(yīng)，特性如下： C6H5C2H5=C6H6+C2H4 乙苯 苯 乙烯 C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4 乙苯 氫氣 甲苯 甲烷 其他反應(yīng)生成少量的 甲基苯乙烯（AMS）和其他高沸物。 甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反應(yīng)，主要是甲烷反應(yīng)： CH4+2H2O=CO2+4H2O 我們還觀察到：水/汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)在反應(yīng)溫度下接近平衡。 CO2+H2=CO+H2O 通常，在苯和甲苯的生成中，甲烷和乙烯的量總是比預(yù)期的要少。一氧化 碳通常是二氧化碳的 10%（摩爾）。在反應(yīng)器的設(shè)計中應(yīng)該記?。涸诮咏磻?yīng) 平衡時 SM 停止生成，而苯和甲苯卻繼續(xù)生成，實際上并沒有限度。另外，因為 SM 的生成部分地受到擴散的控制，因此，隨著溫度的上升，苯和甲苯的生成率 要比 SM 的生成快得多。 EB 脫氫的主要操作和設(shè)計變量 （1）溫度 （2）催化劑量及催化劑 （3）壓力 （4）蒸汽稀釋 因為 EB 脫氫生成 SM 的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)混合物的溫度隨反應(yīng)加 深而降低。反應(yīng)速率降低的原因其一是反應(yīng)越來越接近平衡，反應(yīng)推動力越來 越小，其二在反應(yīng)速率常數(shù)的降低。在一般設(shè)計中，在第一個三分之一的催化 劑床層上，約有 80%的溫降產(chǎn)生。在基于這樣的原理基礎(chǔ)上，有一個很高的入 口反應(yīng)溫度當(dāng)然是很理想的。然而，與促進催化脫氫相比，高溫更會增加非選 擇熱反應(yīng)和脫烴反應(yīng)的速度而生成苯和甲苯。因此，要達(dá)到很好的選擇性，需 要有效的入口溫度上限。 相對于 EB 進料而言，催化劑數(shù)量對優(yōu)化操作起著重要的作用。催化劑太少， 則不會接近平衡，而催化劑太多，則還沒有完全通過催化劑床層 EB 轉(zhuǎn)化就達(dá)到 平衡并停止轉(zhuǎn)化，而副反應(yīng)繼續(xù)進行，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性降低（從物料平衡 和裝置生產(chǎn)率）。 目前有很多種 EB 脫氫催化劑，這些催化劑一般分為兩類：（1）高活性、 低選擇性；（2）低活性、高選擇性。采用低活性、高選擇性催化劑的設(shè)計有比 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 2 較好的效益。本設(shè)計裝置擬采用的正是此種催化劑。如果在將來相當(dāng)長的一段 時間內(nèi)想要提高生產(chǎn)率而又允許有一定的損失的話，高活性、低選擇性催化劑 可在同樣的設(shè)備中裝填使用。 平衡常數(shù)有壓力的范圍，因為轉(zhuǎn)化一個摩爾 EB 會生成兩個摩爾的產(chǎn)物。所 以，較高的系統(tǒng)壓力會使脫氫反應(yīng)的平衡左移（即抑制 EB 的轉(zhuǎn)化），從而降低 EB 的轉(zhuǎn)化率。較低的壓力將使 EB 轉(zhuǎn)化較高，同時選擇性也不受太大的影響。 蒸汽稀釋能減少 EB、SM 和氫氣的分壓，其效果與降低壓力一樣。蒸汽稀釋 還有其他等同的重要作用。首先，蒸汽向反應(yīng)混合物提供熱量。其結(jié)果是對于 一定的 EB 轉(zhuǎn)化而言，溫度降低很多，在同樣的入口溫度下 EB 轉(zhuǎn)化更多。第二， 少量的蒸汽表現(xiàn)為能使催化劑保持在所需的氧化狀態(tài)，具有很高的活性，此蒸 汽量隨催化劑的使用情況而有所不同。第三，蒸汽能抑制高沸物沉積在催化劑 上，如果允許超過一定的限度，這些結(jié)焦生成物最終會污染催化劑，使其活性 降低而無法使用。 由于上述作用，單程 EB 轉(zhuǎn)化率在溫度、壓力、催化劑、蒸汽稀釋等方面受 到限制，對實際的單級反應(yīng)器來講 EB 轉(zhuǎn)化率只有 4050%。但是，如果出料被 再加熱到第一級入口溫度，混合物便無法平衡。如果再加熱的混合物被送到第 二個催化劑床層，那么，它又可以進一步轉(zhuǎn)化為 SM，直至再次接近平衡。由于 受到其他變量因素的影響，EB 轉(zhuǎn)化總量可達(dá)到 7085%。再加熱和增加級數(shù)的 過程可視經(jīng)濟效益多次重復(fù)，每增加一級，轉(zhuǎn)化率和選擇性便逐漸降低。因此， 本設(shè)計采用兩級反應(yīng)器以獲得較好的經(jīng)濟效益。 5、反應(yīng)器設(shè)計依據(jù) 反應(yīng)器設(shè)計的首要任務(wù)之一是根據(jù)所需的處理量及原料組成，計算達(dá)到規(guī) 定的轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)體積，然后以此為依據(jù)作進一步的設(shè)計；確定催化反應(yīng) 器為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑量是反應(yīng)器設(shè)計的基本內(nèi)容之一。反應(yīng) 器系統(tǒng)應(yīng)該獲得盡可能高的轉(zhuǎn)化率，而且不增加操作成本，也不超出經(jīng)濟優(yōu)化 的范圍。較高的轉(zhuǎn)化率減少了對稀釋蒸汽、蒸餾蒸汽和過熱器燃料的要求。同 樣重要的是，盡管反應(yīng)器成本可能略增加一些，但在初步設(shè)計中，較高的轉(zhuǎn)化 率可從總體上減少裝置投資。在獲得較高轉(zhuǎn)化率的同時，催化劑的選擇性將會 降低，因此任何 SM 裝置的設(shè)計都必須在反應(yīng)、熱回收和蒸餾方面比較所有因素、 考慮經(jīng)濟平衡。 6、主要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制 （一）對反應(yīng)器系統(tǒng)而言，主要控制工藝參數(shù)是： （1）溫度（第一、第二級反應(yīng)器入口溫度） （2）蒸汽/油（EB）比（重量比） （3）EB 進料率 通過控制第一和第二級入口溫度來使轉(zhuǎn)化率接近生產(chǎn)率的設(shè)計值。這兩級 的溫度應(yīng)該一樣，但是如果第二級入口溫度略高于第一級入口溫度，選擇性會 更好一些。當(dāng)然，EB 進料率是生產(chǎn)率的基本決定因素。 蒸汽/油（EB）比的設(shè)計值：在較高的蒸汽/油（EB）比下，特別是在降低 生產(chǎn)率的情況下操作有助于降低操作成本，因為轉(zhuǎn)化率（相對于給定的溫度）、 選擇性和蒸餾蒸汽方面的少許改進都將勝過增加稀釋蒸汽的成本。EB 的轉(zhuǎn)化率 主要由反應(yīng)器進口溫度控制。隨著催化劑老化，這些溫度要逐漸提高以維持催 化劑的活性和 EB 轉(zhuǎn)化率，以保持在給定的 EB 進料率下的生產(chǎn)運行。 （二）苯乙烯（SM）的蒸餾與貯存 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 2 苯乙烯即使在常溫環(huán)境溫度之下也會發(fā)生液相聚合（雖然緩慢）。聚合速 率受濃度、溫度、時間的影響而增加，使用合適的阻聚劑可減緩聚合。因此， 在蒸餾系統(tǒng)中通常出現(xiàn)的溫度下，必須使用有效的阻聚劑以防聚合而引起較大 的損失。阻聚劑的選擇取決于以下一些因素：在操作溫度下可接受的聚合物產(chǎn) 生的數(shù)量，基于這樣的聚合物產(chǎn)量所需要的阻聚劑數(shù)量、阻聚劑成本、阻聚劑 對苯乙烯終端使用的影響（最好是沒有影響）。在苯乙烯工藝中，需要阻聚劑 的有兩個地方：一是苯乙烯精餾系統(tǒng)，二是苯乙烯產(chǎn)品貯存系統(tǒng)。在精餾塔中， 苯乙烯處于 120的高溫，阻聚劑主要用來防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存 系統(tǒng)中，溫度一般為 20以下，聚合率較低，阻聚劑的主要用途之一是防止苯 乙烯氧化。由于溫度存在著很大的不同，對阻聚劑的要求也不一樣，所以，在 蒸餾塔中使用無硫阻聚劑（2、4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）俗稱 NSI）， 在苯乙烯貯存系統(tǒng)中使用 4-叔丁基鄰苯二酚（TBC）。 在蒸餾系統(tǒng)中，蒸餾塔中產(chǎn)生的聚合物為高沸物，作為重組分（苯乙烯焦 油）離開本系統(tǒng)，不構(gòu)成苯乙烯的污染物。產(chǎn)生的聚合物表示苯乙烯收率的損 失，應(yīng)盡可能減少。NSI 阻聚劑的汽化壓力很低，所以它同蒸餾系統(tǒng)中的重組 分離開，在產(chǎn)品苯乙烯中數(shù)量不多。產(chǎn)品苯乙烯中的 NSI 在苯乙烯最終使用中 會產(chǎn)生質(zhì)量問題。苯乙烯產(chǎn)品中只允許有少量的聚合物（一般低于 10ppm）。 7、流程敘述 （1）脫氫反應(yīng)總述： EB 蒸汽/蒸汽混合物與 EB/蒸汽過熱器二級反應(yīng)器流出物進行熱交換而產(chǎn)生 過熱，并進入一級反應(yīng)器進口，在這里與主過熱蒸汽混合，以便達(dá)到理想的一 級反應(yīng)器的進口溫度。EB 和蒸汽混合物徑向從內(nèi)向外地進入催化劑床層，一部 分 EB 反應(yīng)生成 SM，由于進行吸熱反應(yīng)，溫度降低?；旌狭鞒鑫锱c過熱蒸汽進 行換熱而得到重新加熱并徑向通過第二個催化劑床層。大部分 EB 反應(yīng)生成 SM（受平衡限制）和少量副產(chǎn)品。 反應(yīng)器系統(tǒng)的流出物由于兩個壓力等級的蒸汽再生而進行冷卻。冷卻的反 應(yīng)器產(chǎn)品與部分未汽提的工藝?yán)淠罕贿^熱降溫，并在主冷凝器中冷凝。冷凝 液因重力作用自動流至有機混合物/水分離器，而未冷凝的蒸汽進一步得到冷卻 并在調(diào)節(jié)冷卻器中冷凝。調(diào)節(jié)冷凝器中的冷凝液也流向有機混合物/水分離器。 在有機混合物/水分離中，芳烴和工藝?yán)淠簶?gòu)成兩個相位。被稱之為“脫氫混 合物（DM）”的芳烴相流進有機物分隔間，隨后進行 SM 產(chǎn)品精餾和對未反應(yīng)的 EB、及副產(chǎn)物苯、甲苯和高沸物進行回收。水相因重力在有機混合物/水分離器 的主分離室中分離。 工藝?yán)淠河帽脡核椭劣脕沓A帶有機物的撇沫罐。一部分冷凝液被過 濾，以除去催化劑塵末，然后用來對冷卻的反應(yīng)器流出物進行降溫。凈工藝?yán)?凝液通過汽提除去溶解的有機物。冷凝液首先由汽提塔的塔頂液/進料內(nèi)部換熱 器進行預(yù)熱，然后通過蒸汽噴射器的直接蒸汽加熱至工藝?yán)淠浩崴僮鳒?度，以把塔中汽提過程中的損失降低到最低程度。從調(diào)節(jié)冷卻器出來的未冷凝 氣體為脫氫廢氣，含有氫、二氧化碳、甲烷和大量的芳烴。氣體通過壓縮機入 口罐，然后送往廢氣壓縮機，壓縮氣體通過一個分離罐，然后再進入廢氣冷卻 器，冷卻氣體中的芳烴通過循環(huán)半柏油的洗滌而減少，并經(jīng)冷卻后返回吸收塔； 廢氣則通過一個密封罐進入燃料補充系統(tǒng)而用作蒸汽過熱器的燃料。 （2）苯乙烯蒸餾總述： 苯乙烯蒸餾的目的是將從脫氫反應(yīng)系統(tǒng)出來的液態(tài)芳烴混合物分餾成： 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 2 a、一種高純度的苯乙烯產(chǎn)品（苯乙烯聚合物最小損失） b、循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)的 EB 物料流 c、苯乙烯焦油物料流（含有苯乙烯聚合物、重餾分和少量苯乙烯） d、適合作為 EB 裝置進料的苯物料流 e、甲苯副產(chǎn)品物料流 從有機混合物/水分離器出來的水飽和有機混合物（約含有苯：1.4%(W)、 甲苯：2.8%(W)、EB：25.5%(W)、苯乙烯：69.2%(W)以及一些高沸物）被送入 EB/SM 分離塔。從分離塔出來的塔頂產(chǎn)品流（含有苯、甲苯、幾乎占進料中全 部的 EB 以及約 0.25%(W)的苯乙烯）被送入 EB 回收塔。含有 0.05%(W)甲苯的 EB 回收塔塔底產(chǎn)品循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)；EB 回收塔塔頂產(chǎn)品，即苯-甲苯混合 物以及不足 0.1%(W)EB 被送入苯/甲苯分離塔，苯/甲苯分離塔將其分離為含約 0.1%(W)甲苯的塔頂產(chǎn)品和含約 0.1%(W)苯的塔底甲苯產(chǎn)品。 從 EB/SM 分離器出來的塔底液物料流，含有塔進料中的幾乎所有苯乙烯， 沸點高于 SM 的復(fù)合物，NSI 聚合阻聚劑（另外送入分離塔），少量 EB 和分離 塔中生成的苯乙烯聚合物被送入 SM 塔。SM 塔頂產(chǎn)品為 99.7%(W)純度（最低） 的苯乙烯產(chǎn)品；回流中加入 TBC，以抑制塔中的聚合反應(yīng)。 含有約 50%(W)揮發(fā)物（SM+AMS）和焦油（低粘度）的 SM 塔底液被送至 薄膜蒸發(fā)器。蒸發(fā)器蒸發(fā)揮發(fā)物并將其送回到 SM 塔底。蒸發(fā)器部分塔底液（塔 底總量的 2/3）被泵送至 EB/SM 分離塔進行 NSI 循環(huán)。含有約 5.4%(W)殘存苯乙 烯的凈塔底液送至貯罐，作為燃料使用。 為把苯乙烯聚合物生成降低到最低限度，EB/SM 分離塔、SM 塔和薄膜蒸發(fā) 器都減壓運行，這樣可以降低工作溫度。 A、乙苯/苯乙烯分離塔（T101） EB/SM 分離塔是一臺篩板塔塔，在真空下（塔頂絕壓為 180200mmHg）運 行操作。其目的是分離乙苯與苯乙烯。生產(chǎn)出一種塔釜產(chǎn)品，它含有苯乙烯、 -甲基苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯的 EB；同時， 塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品，它含有基本上全部的 EB、苯和甲苯并帶有約 1.0%(W)苯乙烯。 該塔的第二個目的是在分離時最大程度地減少苯乙烯轉(zhuǎn)換成聚合物的損失。有 機混合物進料從有機混合物/水分離器由泵送至 EB/SM 分離塔。進料在 49#塔板 上進入該塔，NSI 溶液隨進料進入該塔，來自薄膜蒸發(fā)器底部的循環(huán) NSI 溶液 在 SM/柏油混合器的上游加入至 EB/SM 分離塔進料。為取得理想的分離效果， EB/SM 分離塔在高回流比下操作，設(shè)計回流比為 10.012。通往再沸器的蒸汽 流量根據(jù)使塔產(chǎn)生理想的回流比來確定。該塔再沸器所需的熱能由 350kPa 的壓 力的蒸汽所提供。在生產(chǎn)中保持理想的苯乙烯純度的關(guān)鍵是正確操作 EB/SM 分 離塔，作為苯乙烯里的主要雜質(zhì)，EB 一旦離開分離塔塔底后總是進入 SM 分離 塔塔頂，在苯乙烯塔里的實際分離是在苯乙烯和 -甲基苯乙烯之間進行，進 行分離的關(guān)鍵是要有足夠的蒸汽流入再沸器。 B、SM 精餾塔（T301） SM 精餾塔是一座在真空下（塔頂絕壓為 3050mmHg）進行操作的有 36 層 塔板的塔。其目的是將來自 EB/SM 分離塔的塔釜液中的進料進行分離，以便從 塔頂產(chǎn)出 99.7%(W) 以上的苯乙烯產(chǎn)品物流。該塔的第二個目的是將該塔釜液 經(jīng)薄膜蒸發(fā)器汽提后，可生產(chǎn)出苯乙烯焦油，其中，苯乙烯和 -甲基苯乙烯 含量相加不超過 16%(W)。在 SM 分離塔的進料中含有 98%(W)的苯乙烯、一些高 沸點化合物（聚合物、-甲基苯乙烯及其他物料）、一些低沸點物料（EB）以 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 2 及 NSI 阻聚劑。TBC（叔丁基鄰苯二酚）在苯乙烯單體里以 2%(W)溶液的形式被 注入回流管線以抑制塔內(nèi)苯乙烯的聚合，設(shè)計回流比為 0.81.0。SM 分離塔所 需的熱量由 350kPa 壓力等級的蒸汽所提供的。 C、甲苯/乙苯回收塔（T201） EB 回收塔是一座有 40 層塔板的帶壓塔。其目的是分離從 EB/SM 分離塔的塔 頂來料，在設(shè)計回流比為 8.010 的操作下，進入第 28 層塔板，獲得塔頂產(chǎn)物： 苯/甲苯物流，塔底產(chǎn)物：大約含 0.05%(W)的甲苯以及大約含 0.3%(W)苯乙烯的 EB 物流，塔釜液循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)。該塔再沸器所需的熱能由 1100kPa 蒸汽 所提供。 D、苯/甲苯分離塔（T401） 苯/甲苯分離塔是帶壓操作的 4 床層填料塔。EB 回收塔的塔頂物流送入該塔， 在設(shè)計回流比為 2.03.0 的操作下，分離出約含 0.35%(W)的甲苯的苯塔頂產(chǎn) 品和約含 0.1%(W)的苯的甲苯塔釜產(chǎn)品。本塔使用的填料是碳鋼鮑爾環(huán)。為避 免液體分布的不均勻，該塔使用 4 個獨立的填料床層，在每層頂部裝有一臺液 體分布器。該塔再沸器所需的熱能由 1100kPa 蒸汽所提供。苯/甲苯分離塔的關(guān) 鍵部位是位于第三填料床層下的溫度控制，每單位床層高度的溫度變化率在此 達(dá)到最大限度。該溫度可以通過重新設(shè)定進入再沸器的蒸汽流量控制來進行調(diào) 整?；亓鞅瓤梢酝ㄟ^產(chǎn)品規(guī)格的需要來控制。 8、工藝設(shè)計物性參數(shù) 表 3 項目 單位 苯 甲 苯 乙 苯 苯 乙 烯 液體密度（293K 時） kg/m 879 867 867 906 正常熔點 Tm K 278.7 177.3 178.2 242.6 正常沸點 Tb K 353.3 383.8 409.3 418.3 臨界溫度 Tc K 562.1 591.7 617.1 647 臨界壓力 Pc MPa 4.894 4.114 3.607 3.992 臨界體積 Vc M3/mol 259 316 374 臨界壓縮因子 Zc 0.271 0.264 0.263 偏心因子 0.212 0.257 0.301 0.257 恒壓熱容 Cp J/molK 216.3 158.6 A 15.9008 16.0137 16.0195 16.0193 B 2788.51 3096.52 3279.47 3328.57Antoine 蒸汽壓方程系數(shù) C -52.36 -53.67 -59.95 -63.72 生成熱 kJ/mol 82.9 50.00 29.79 103.9 燃燒熱 kJ/mol -3268 -3910 -4395 熔化熱 kJ/mol 9.832 6.611 25時汽化熱 kJ/mol 33.85 37.99 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 2 沸點時汽化熱 kJ/mol 30.75 33.47 35.56 36.44 標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓 kJ/mol 30.99 29.16 32.21 51.10 20時粘度 MPas 0.737 0.675 0.72 20時導(dǎo)熱系數(shù) kcal/（mh ） 0.127 0.119 時體積膨脹系數(shù) 10-1/ 12.4 10.9 表面張力 10-3N/m 28.6 27.9 三、物料及熱量衡算 1、計算依據(jù) 乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個單元，是具有循環(huán)物流的復(fù)雜 化工過程，其流程框圖如附圖 1。 乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的列管反應(yīng)器中進行，反應(yīng)方程式為： 主反應(yīng) C 6H5C2H5 C 6H5CHCH2 + H2 (a) 副反應(yīng) C 6H5C2H5 C 6H6 +CH2CH2 (b) C 6H5C2H5 + H2 C 6H5CH3 + CH4 (c) 水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為 2.6：1 反應(yīng)壓力為 150000Pa（絕），反應(yīng)溫度為 580，反應(yīng)器進口溫度 630,乙苯總轉(zhuǎn)化率為 55%，各反應(yīng)選擇性分別為：(a)90%、(b)3%、(c)7%、 為簡化計算，假定： (1) 反應(yīng) 混合原料組成：乙苯： 99%( W% )，甲苯：0.8%，苯：0.2%，混 合原料中不含其它二甲苯。 (2) 水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無結(jié)焦反應(yīng)。 (3) 冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機混合物，水中夾帶芳烴量為 500mg/L，夾帶芳烴組成同有機混合物相同。有機混合物中水量很少可忽略。 (4) 阻聚劑加入量為有機混合物量的 0.03(W%)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 2 (5) 精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于 95%。精餾塔真空操作，塔頂壓力 <50mmHg。 (6) 乙苯苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力<200mmHg。塔頂苯乙烯含量<0.25%， 塔釜乙苯<0.3%。 (7) 苯甲苯塔塔頂壓力<160mmHg，塔頂甲苯<0.5%，塔釜苯<0.2%。 (8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯<0.1%，塔釜甲苯(1.52.0)(依據(jù) P185，式 10-40)，所以不會發(fā)生漏液。 (11) 塔高 104 塊塔板，安裝 4 個人孔，孔徑 600mm，塔釜取 2 m，裙座取 2m，第一塊 板到塔頂取 1m，板間距 HT=0.60m，所以塔高 H 總 =65.4m。 五、乙苯苯乙烯塔附屬設(shè)備計算 （1）進料泵 P1： Q=32.02t/h=32.02/=32.02/0.8=40.025m 3/h 泵進料管線 DN125，流速 U=1.0m/s 當(dāng)量長度=55m Re=d u/=0.12510.81000/0.00317=31545 為湍流 管線為無縫鋼管 =0.15 相對粗糙度 /d=0.15/125=0.0012 查表：=0.03 管線阻力降= (L/d )u 2/2=0.035512/0.125/2=6.6m 塔壓 185mmHg=2.5mH2O 總阻力降 P=管線阻力降+靜壓(含裙座高度)+塔壓 =6.6+(35+5)+2.5=49.1m 根據(jù) Q=40.025m,P=49.1m，選 P-1 泵為 150Y-75B(流量 95m3/h，揚程 52m)。 （2）塔頂回流及塔頂采出泵 P-2： Q=16.33/0.8=20.41m3/h，R=12.145，L=10.8 m 3/h，D=0.97m 3/h； 泵進料管線 DN100，流速 U=0.9m/s 回流管線為 DN65，當(dāng)量長度=100m， 管線阻力降= (L/d) u 2/2=18. 7m 靜壓=70mH 2O 總阻力降 P=88.7m 根據(jù) Q=20.41 m3/h，P=88.7m，選 P-2 泵為 100Y-120B(流量 53m3/h，揚 程 99m)。 （3）塔底回流及塔底采出泵 P-3： Q=15.69/0.8=19.61m3/h 泵出口管線 DN125，流速 U=0.7m/s。 當(dāng)量長度=30m 管線阻力降=L/d u 2/2=1.8m 靜壓=10mH 2O(含裙座高度) 再沸器阻力降=40m 總阻力降 P=51.8m 根據(jù) Q=19.61 m3/h，P=51.8m，選 P-3 泵為 150Y-75B(流量 95m3/h，揚程 52m)。 （4）塔頂回流罐： 塔頂出料流量=16.33/0.8=20.41m 3/h 塔頂回流罐容積=20.41/0.5=40.82M 3 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 37 頁 2 選容積為 45M3左右，P=185mmHg1.5=277.5 mmHg 的臥式罐作為回流罐 乙苯苯乙烯塔操作條件： 進料溫度：97.77 塔頂溫度：87.27 塔底溫度：108.98 塔高 m：65.4 塔頂壓力 mmHg：185 塔底壓力 mmHg：261.44 塔板數(shù)：104 進料位置：第 51 塊 最小回流比：9.34 回流比：12.145 A、進料泵 P-1： 流量 m3/h：40.025 總阻力降 P m：49.1 泵型號：150Y-75B B、塔頂回流及塔頂采出泵 P-2： 流量 m3/h：20.41 總阻力降 P m：88.7 泵型號：100Y-120B C、塔底回流及塔底采出泵 P-3： 流量 m3/h： 19.61 總阻力降 P m：51.8 泵型號：150Y-75B D、塔頂回流罐： 容積 M3：45 壓力 mmHg：277.5 （5）塔頂冷凝器負(fù)荷計算 乙苯塔附屬設(shè)備的計算 、塔頂冷凝器 P 頂 =185 mmHg P=8mmHg P=185-8=177 mmHg T=48=48+273=321K 用下列公式試差計算 e、x i、y i xi=zi/(1-K i)e+Ki lnPio=A-B/(T+C) 化學(xué)工程手冊上卷 P1- 109表 5-3 y=Kixi Ki=Pio/P 表 31 組 Vi(kmol/h zi T=48 設(shè) e=0.99 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 38 頁 2 )分 (R+1)D Pio(mmHg) Ki xi yi B 22.624 0.0374 249.810 1.4114 0.0372 0.0525 TB 56.44 0.0933 83.979 0.4745 0.0938 0.0445 EB 524.477 0.867 31.718 0.1792 0.8742 0.1567 Sty 1.452 0.0024 21.797 0.1231 0.0024 0.0003 604.933 1.0000 1.0076 0.2535 假設(shè)成立 e=0.99 1）物料冷凝放熱 物料冷卻平均溫度 T=（87.267+48）/2+273=340.63K 物料冷凝溫度 t=48 計算出各組分的 Cpi(g)值： Cp i=A+BT+CT2+DT3 在查出各組分的H 值，然后根據(jù)公式 Cp=Cp izi H=H ixi 計算結(jié)果列表 表 32 組 成 zi xi Cpi（kcal/kmol K） Cpizi H i （kcal/kmolK ） H ixi B 0.0374 0.0372 21.706 0.8118 7781.897 289.487 TB 0.0933 0.938 27.402 2.5566 8445.878 788.000 EB 0.867 0.8742 33.544 29.0826 9825.745 8589.666 St y 0.002 4 0.002 4 31.739 0.0762 10075.159 24.18 1.0000 1.0076 32.5272 9691.333 冷凝液量 B=Ve=604.9330.99=598.884kmol/h 未凝氣量=V-B=604.933-598.884=6.049 kmol/h Q 放 =VCpT+BH =604.93332.527(87.267-48)+598.8849691.333 =6576627.511kcal/h 2）冷卻水用量 CpH2O(l)=1kcal/kgK GH2O(l)= Q 放 / CpH2O(l)(t 出 -t 入 )=6576627.511/（40-25） =438441.83kg/h 3）換熱面積 t m=(87.267-25)-(48-40)/ln(87.267-25)/(48-40)=26.45 K 取 400kcal/m2h （化學(xué)工程手冊P6-117 表 9-2） A=Q 放 /Kt m=6576627.511/（40026.45）=621.61 m 2 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 39 頁 2 4）選型 根據(jù)工藝要求選擇浮頭式冷凝器 冷凝器熱量衡算 Q 冷 =（R+1）V（H VD-HLD） 由化工設(shè)計手冊P16-30 及 P16-206 查得：以 0為計算基準(zhǔn)查得 0100下的各組分的平均熱容 Cpi 及 0的汽化熱列表如下： 表 33 0100的平均熱容 Cpi 0的汽化熱 組分 氣體（a） kcal/kmolK 液體（b） kcal/kmolK Kcal/kg Kcal/kmol B 21.23 34.476 107 8346 TB 26.92 39.836 102 9384 EB 33.22 44.438 97 10282 Sty 31.47 43.992 99 10296 (a)已知 t 頂 =87.267 求 HVD 表 34 Hvi(kcal/kmol) HVD(kcal/kmol)組分 y i a(t 頂 -0)+c H viyi B 0.0374 10198.678 381.431 TB 0.0933 11733.228 1094