年产25万吨苯乙烯工艺设计

1、毕业设计（论文）空 Tro©”题 目年产25万吨苯乙烯工艺设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师单位辅导教师单位完成日期2011 年 06 月 10 日摘要本文设计主要以年产25万吨苯乙烯为生产目标，针对苯乙烯和乙苯的混合物的 分离。进料组成：60%；塔底产品组成98机 塔顶产品组成V2%；常压，泡点进料， 筛板塔，冷却剂与蒸汽自选合适条件。操作条件：年工作300天，每天24小时，总工作时间为24X300=7200小时；设计 的基本内容和要求：（1）完成塔设备主体部分的物料衡算、热量衡算与主要设备设 计计算；（2）画出塔设备装配图；（3）画出带控制点的下艺流程图。关键词：乙苯，苯乙

2、烯，物料衡算，热量衡算，工艺设计。AbstractThis paper introduces the design mainly with annual capacity of 250000 tons of styrene as production goals, styrene and the mixture of ethyl benzene in separation. Incoming material composition: 60%; > 98% of the bottom and the products; Top product component < 2%; Atm

3、ospheric pressure and bubble point feeding, sieve plate tower, the coolant and steam customize suitable conditions.Operating conditions: years work 300 days, 24 hours a day, total working time for 24x300 = 7200 hours; The basic design content and requirements: (1) complete tower of material balance

4、in the main part of the equipment is, heat balance calculations and major equipment design calculation; (2) draw tower assembly equipment; (3) draw with the control points under the flow chart of art.Keywords: ethyl benzene, styrene, material calculation, heat balance calculations, process design.目录

5、1绪论11.1 乙苯的性质与用途11.2 苯乙烯精储操作条件21.3 各种苯乙烯的生产工艺及比较21.4 世界苯乙烯的生产与发展41 . 4. 1生产情况42 .4.2发展前景51.5 我国苯乙烯的发展前景与现状51 . 5.1生产现状52 .5.2发展前景62苯乙烯主要生产工艺说明72.1 产品及原料性能72. 1. 1苯乙烯73. 1.2乙苯84. 1.3二乙苯95. 1.4三乙苯96. 1. 5燃化液107. 1.6辅料102.2 苯乙烯生产原理112. 2.1烷基化反应（燃化）112. 2. 2乙苯脱氢反应122.3苯乙烯生产流程评述122. 3. 1燃化工段122. 3.2乙苯精储工

6、段122. 3. 3乙苯脱氢132. 3.4苯乙烯精储工段133工艺计算143.1物料衡算143. 1. 1原始数据14I3.1.2精饰塔的物料衡算143.2 理论塔板数求解153. 2. 1进料泡点温度由试差法确定154. 2.2最小回流比及操作回流比计算165. 2.3求精储塔的气液相负荷166. 2.4求操作线方程167. 2.5图解法求理论板数178. 2.6全塔效率求解179. 2.7实际塔板数求取183.3 精储塔工艺条件及有关物性数据计算183. 3.1以精储段为例进行操作压力的计算184. 3.2平均摩尔质量的计算185. 3. 3平均密度的计算196. 3.4液相平均表面张力

7、计算207. 3.5液体平均粘度计算213.4 精储塔塔体工艺尺寸的计算213. 4.1塔径的计算224. 4. 2精饰塔有效高度的计算243.5 塔板主要工艺尺寸的计算243. 5.1溢流装置的计算244. 5.2塔板布置263.6 筛板的流体学验算273. 6.1塔板压降284. 6.2液面落差295. 6.3液沫夹带306. 6.4漏液307. 6.5液泛303.7 塔板负荷性能图313. 7. 1漏液线313. 7.2液沫夹带线313. 7.3液相负荷下限323. 7.4液相负荷上限334. 7. 5液泛线333.8 提储段工艺条件及有关物性数据的计算363. 8. 1漏液线374.

8、8. 2液沫夹带线375. 8.3液相负荷下限376. 8.4液相负荷上限387. 8. 5液泛线383.9 辅助设备403. 9. 1原料管414. 9. 2进料泵414结论43致谢44参考文献45附录46m西南石油大学毕业设计(论文)1绪论苯乙烯(SM)是一种重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚苯乙烯(PS)树脂、 丙烯廉-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯-丙烯懵共聚物树脂(SAN)、丁苯橡胶(SBR) 和丁苯胶SL(SBR胶乳)、离子交换树脂、不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹性体(如SBS) 等。此外，还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业，用途十分广泛口闻。1. 1乙苯的性质与用途

9、(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、四氯化碳和乙酸，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lOOPPMo 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 高镒酸钾)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3，乙苯的其它性质如下表所示：表1-1乙苯的基本性质岸弓常数名称计量单位常数值备注1分子量106. 1672液体比重0. 88203沸点136.2101325Pa4熔点-94.4101325Pa5液体热容量kJ/ (kg K)1. 75429

10、8. 15K6蒸汽热容量Kcal/ (kg K)0. 28527 7蒸发热kJ /mol35. 59正常沸点下8液体粘度10'kgSee/M20. 67920 9生成热Kcal/mol2. 9820 10燃烧热Kcal/mol1101. 1气体11闪点1512自我占553.013爆炸范围% (体积)2. 3-7.4(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、乙基恿醍等；同时它又是制药工业的主要原料。1.2 苯乙烯精储操作条件(1)操作压力本精饰设计的操作压力为常压，在工业上苯乙烯一乙苯物系的精馀，需采用减 压精储，但

11、是在我们设计操作中可以用常压精储，常压精储简单而方便。(2)进料方式本设计采用泡点进料，这是为了精储塔本身的操作方便，可以不受外界干扰， 便于操作，进料状态在设计中是一个很重要的参数。它直接影响了进料方程，而且也 影响全塔的热量衡算，所以对它的确定十分重要。(3)塔釜加热方式选择采用列管式换热器作为再沸器进行间接加热，加热介质多采用水蒸气，因为真 空安全并且易于调节。(4)塔顶冷凝方式选择采用列管式换热器作为全凝器进行冷凝，冷却介质为冷却水，但是在操作条件 及流程安排中，从经济上的合理性来考虑，本设计流程中原料温度较低，塔顶蒸汽温 度较高，则可以考虑用塔顶蒸汽加热原料，因而可以省去水蒸汽和冷却

12、水。1.3 各种苯乙烯的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：。6“5仁”5 +°，>C6H5COCH.+H.OC6H5COCH. + H,>C6H5CHOCH 3#C 6HseHOCH 3C6HseHCH、+HQ该法苯乙烯产率为7580%,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

13、成环氧丙烷，乙苯过氧化物则变为一苯乙醇，再经脱水得到苯乙烯， 即：5c/ +。，C6HseHOOHCH 3C6H5CHOOHCH 3 + CH3cHeH,C6HseHOHCH 3 + C.H6O C6H5CHOHCH 3 >c6h5chch2 + h2o本过程以乙苯计的苯乙烯产率约为65%,低于乙苯脱氢法的产率。但它还能生产 重要的有机化工原料环氧丙烷，综合平衡仍有工业化的价值，故目前国外也有采用此 法生产的。(3)乙苯氧化脱氢法乙苯氧化脱氢法是目前尚处于研究阶段生产苯乙烯的方法。在催化剂和过热蒸汽 的存在下进行氧化脱氢反应的，即：2C6H5C2H5 + O2 >2C6H5CHCH

14、2 + H2O此方法可以从乙苯直接生成苯乙烯，还可以利用氧化反应放出的热量产生蒸汽， 反应温度也较催化脱氢为低。研究的催化剂种类较多，如氧化镉，氧化错，鸽、铭、 铝、钾、锂等混合氧化物，铝酸筱、硫化铝及载在氧化镁上的钻、铝等。但这些催化 剂在多处于研究阶段，尚不具备工业化条件，有待进一步研究开发。(4)乙苯催化脱氢法这是目前生产苯乙烯的主要方法，目前世界上大约90%的苯乙烯采用该方法生产。 它以乙苯为原料，在催化剂的作用下脱氢生成苯乙烯和氢气。反应方程式如下：c6h5c2h5 >c6h5chch2 + h2同时还有副反应发生，如裂解反应和加氢裂解反应：C6H5C2H5 + H2 6H 5

15、cH 3 + CH4C6H5C2H5 + H2 >C6H6 + CH 3cH 3c6h5c2h5 >c6h6 + ch2ch2高温裂解生碳：C6H 5GH8C + 5H,在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应：C6H5C2H5 + 2H2O>C6H5CH, + CO2 + 3H2此外还有高分子化合物的聚合反应，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯的衍生物等。1. 4世界苯乙烯的生产与发展1.4.1生产情况由于聚苯乙烯和ABS树脂等苯乙烯下游产品消费的强劲增长，近年来世界苯乙烯 的生产发展很快卬。1999年世界苯乙烯的生产能力为2169. 8万t, 2001年达到2359. 8 万t, 20

16、02年进一步增力到2388. 3万t, 2003年全球苯乙烯的总生产能力约为2463. 1 万t,产量约为2300.0万t,其中北美/南美地区的生产能力为742. 7万t/a,约占世 界苯乙烯总生产能力的30. 2%；欧洲地区的生产能力为640.1万t/a,约占世界总生 产能力的26. 0%；中东地区的生产能力为119. 5万t / a,约占世界总生产能力的4. 9%； 亚洲地区的生产能力为960. 8万t,约占世界总生产能力的39.0%。今后几年，随着中 国和沙特阿拉伯等一大批新苯乙烯生产装置的建成投产，预计到2006年世界苯乙烯的 总生产能力将达到约3000万t / a。2003年国外苯乙

17、烯主要生产厂家情况见表1-2。表1-2 2003年国外苯乙烯主要生产厂家情况生产厂家生产能力/ （万吨/年）美国BP公司45.4美国雪佛龙.菲利普斯公司86.3美国Cos. Mar公司90.8美国陶氏化学公司68. 1美国Lynden化学公司127. 1美国Nova化学公司59.9美国Sterling化学公司77.2美国West lake苯乙烯公司18.2加拿大Nova化学公司43.0加拿大壳牌公司43.0墨西哥Premix公司15.0巴西In nova公司25.0比利时巴斯夫公司50.01. 4. 2发展前景世界苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、ABS/SAN树脂、SBR/SBR胶乳、不饱和聚酯5

18、 树脂以及热塑性弹性体等，2003年的消费结构为：54%用于生产聚苯乙烯、12%用于 生产发泡聚苯乙烯、16%用于生产ABS/SAN树脂、9%用于生产SBR橡胶及胶乳、5% 用于生产不饱和聚酯，4%用于生产其它产品。近年来世界苯乙烯消费现状及需求预 测情况见表3。表1-3近年来世界苯乙烯消费现状及需求预测情况地区名称消费量/万t2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年北美/南美582.4540.2569.6600. 1620. 1635.7654. 1欧洲561.2530.3556.3564.2583. 1605.2623.7中东34.835. 136.837.4

19、38.339.440. 3亚洲920.8955.31028. 21064. 21109. 11160.61218. 71.5我国苯乙烯的发展前景与现状1. 5.1生产现状我国苯乙烯的工业生产始于20世纪50年代中期，自兰州石油化工公司合成橡胶厂 采用传统的三氯化铝液相烷基化工艺，建成一套5000t/a苯乙烯生产装置以来，我国 苯乙烯的生产得到了飞速发展压工2003年我国苯乙烯的生产厂家有12家，总生产能 力达到105万t,其中有8套为引进生产装置，生产能力合计为72.9万t/a,约占国内 苯乙烯总生产能力的69. 4%。扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司的14.5万t/a装置是 目前国内最大的苯乙烯

20、生产装置，生产能力约占国内苯乙烯总生产能力的13. 8%； 其次是吉林石化公司，生产能力为14.0万t,约占国内总生产能力的13. 3%。随着我国苯乙烯生产能力的不断增加，产量也不断增加。1995年我国苯乙烯的产 量只有2558万t, 1998年增加到56. 30万t, 2000年增加到76. 38万t, 19952000年产 量的年均增长率达到24. 5%。2002年我国苯乙烯的产量进一步增加到89. 56万t,比 2001年增长13. 8%, 19972002年产量的年均增长率为18. 5%。2003年我国苯乙烯产 量达到94. 82万t,比2002年增长5. 87%,其中中国石化集团公司

21、的产量为45. 20万t, 约占总产量的47. 67%；中国石油天然气集团公司的产量为37. 89万t,约占总产量的 39. 96%。中国石油吉林石化公司的产量最大，达到15. 98万t,约占我国苯乙烯总产 量的16. 85%,位居全国第一；其次是扬予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，产量达到12. 34 万t,约占国内总产量的13. 01%；再次是中石化茂名石化公司，产量到10. 40万t,约 占国内总产量的10. 97%o1. 5. 2发展前景我国苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、ABS树脂、AS树脂、不饱和聚酯树脂、丁苯 橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等。2003年我国苯乙烯的消费结构为： 5

22、4. 1%用于生产聚苯乙烯；16.4%用于生产皿$/5小树脂；3.1%用于生产丁苯橡胶 / 丁苯胶乳;6. 9%用于生产不饱和聚酯树脂;2. 8%用于生产苯乙烯系热塑性弹性体; 16. 7%用于生产农药、医药和离子交换树脂等其它产品52苯乙烯主要生产工艺说明1.1 产品及原料性能1.1.1 苯乙烯(1)生产规模本装置以苯和乙烯为原料，通过液相烷基化反应生产乙苯，然后，乙苯直接催化 脱氢生产苯乙烯生产规模：年产苯乙烯25万吨(2)苯乙烯产品化学名称：苯乙烯别名：乙烯基苯分子式：C6H5aH3分子量：104. 15(3)物理，化学性质a.物理性质外观：无色透明芳香性液体沸点：145. 15 (0.

23、 1013MPa)凝固点：-30-63 (0. 103MPa)闪点：31自燃点(ASTM法)：在空气中490c,在氧气中450临界温度：374临界压力：3. 94MPa液体比重：0. 9060黏度：0.73加尸(25)热容：0. 1695KJ/mol比热：0.00174KJ/g. (25)燃烧热：42. 1595KJ / g折光指数：1.5469与空气混合的爆炸极限：L1-6. 190(v)聚合热：6972. 2KJ / mol (25)熔解热：0. 1062KJ / g汽化潜热：37. 03MJ / mol溶于乙醇和乙醛，不溶与水b.化学性质：还原反应：C6H5cH = CH2 + H2 触

24、媒 >C6H5cH2cH台部分还原：C6H5cH = C7/2+4/2 一媒 >C6H5cH2cH3完全还原：C6H5cH = CH2 + O2 66 >HCHO + C6H5coOH氧化反应：C6H5cH = CH2 + CI2 CHCIi > C6H5CHCICH2Cl加成反应：C6H5cH = CH2+ HCl2 溶剂 >C6H5CHCL- CH3(4)用途苯乙烯是重要的有机化工原料.苯乙烯聚合生产通用级聚苯乙烯(GPPS),经处理 能生成高抗冲聚苯乙烯(HIPS)与丁二烯，丙烯睛三聚生成ABS；与丙烯睛共聚声称SAN, 与丁二烯共聚生成丁苯橡胶(SBR)。

25、其次在纺织，印染，涂料，农药和医药等方面也 有广泛的用途。苯乙烯系列树脂的产量在世界三大合成材料的产量中排名第三，仅次于聚乙烯， 聚氯乙烯树脂。因此随着对苯乙烯系列树脂需求量的日益增加，苯乙烯应用将会更加 广泛,2. 1.2乙苯分子量：106. 17分子式：C6H5aH5(1)物理性质：比重：0. 882 ()闪点：15c (蒸汽)临界温度：364. 1液体热容量：0. 395kcal / kg蒸发潜热：8. 57kcal / kg 液体黏度：1041mPa. S燃烧热：lOlkcal/克分子 爆炸范围：(体积) 1.0-6. 7 沸点：136. 21mPa. S / 760mrnHg凝固点：

26、-94. 41 4C / 760mmHg 临界压力：38. latm(绝压)蒸汽热容量：0. 285kcal / kg蒸汽压力：7. 5mmhg(20)在水中的溶解度：0.0现(1 5) 自燃点：553厂房允许浓度：0. 05mg / 1(2)化学性质1)脱氢：2C6H5C2H52C6H5C2H4 + H22)烧化：C6H5C2H5+C4H2C6H4(C2H5)2介质酸碱性：中型挥发度：无残渣凝固点：5.43)用途：作为苯乙烯的原料(含水900ppm)外观：透明比重：0.875-0. 88(20)沸程：79-80. 62.1 3二乙苯外观：无色透明液体，无机械染质初沸点：=175-C终沸点：=

27、185分子量：134. 282饰出物体积：=95% 高沸物含量： =2%低沸物含量：=3%二乙苯含量：=99%2.1.4三乙苯含二乙苯：=13. 73,含三乙苯：=86. 17,焦油：痕量 其中苯含量：29.3%,甲苯：78.3%,乙苯：0.4%2.1. 5煌化液外观：浅褐色液体含苯：55-60%含乙苯：=40%；含二乙苯：=10%(wt%)；含多乙苯：=2%2. 1. 6辅料(1)无水氯化铝：外观：白色或浅黄色粉末；氯化铝=98. 5%氧化铁：=0.1%；水中石容物：一0.1%;颗粒度：5mm(2)对叔丁基邻苯二酚(TBC)外观：白色或浅褐色粉末；凝点：50；灰粉：0. 25% (wt)Ca

28、和 Mn ： =5ppm组成：对-TBC： =95%；邻-TBC： =2%； 3.5-TBC： =3%对叔丁基苯酚：=0.7%；其他：=0. 5%(wt)(3) T-315触媒(兰化企业标准)直径：3.5mm；长度：20mm；主要成分：氧化铁：堆密度：1.03-1. 1kg/1；分解收率：88%转化率：46%；苯乙烯收率：49%(4)苛性钠M70H含量：20%； NaCOs含量：l%(wt)NaCl 含量:2% (wt) ； FeCOs含量：0. 03% (wt)(5)消泡剂:NaC071-D5颜色：暗稻草色；嗅味：微芳香味；比重：862. 56kg / cm3黏度：13.8厘泊(26.67)

29、；闪点：126. 68固化点：7.2C,对金属腐蚀.但应避免与天然橡胶接触，有毒，贮藏温度21c 为宜。(6)阻聚剂：D剂含量：=95%； NaO： =0.5； H20： 0. 3%熔点：109-11VC(7) GS-01催化剂形状：圆柱型：颗粒度：直径3. 0-3. 8mm；长度6Tomm；堆密度：L3±0.05kg/dmS；反应温度：500-6009水：乙苯二L5： 1 (wt)；乙苯液态空速：0. 61. Oh-1 (v)乙苯转化率：40-47%苯乙烯选择性：94-96%(8)M剂：外观：棕褐色,粒状；纯度：=90% (wt)含水：=l%(wt)；灰粉=l%(wt)；熔点：=1

30、 80热敏性物质，低于50C存放；使用温度：=120分子量：137烷基化(催化剂为氯化铝)乙苯脱氢：(催化剂为XH-D2或GS-01)2.2苯乙烯生产原理本装置采用液相烷基化(燃化)法制取乙苯，然后乙苯催化脱氢生产苯乙烯。液相 烷基化法，制取乙苯，是以苯和乙烯为原料，并以无水三氯化铝和二乙苯或三乙苯配 置成的络合物(复合体)为催化剂，在燃化反应器内进行液相烷基化反应，其产物樨 化液(粗乙苯)，采用精储的方法，从燃化液中分离出来乙苯以。乙苯脱氢生产苯乙 烯是裂解吸热，体积增加的反应，此反应采用水蒸气为稀释剂，降低乙苯分压使反应 向生成苯乙烯的方向进行，乙苯与水蒸气混合加热，在脱氢催化剂作用下，乙

31、苯高温 脱氢制取乙烯，并减压精储精制产品苯乙烯。2. 2.1烷基化反应(危化)主反应：C6H6 + ch2 = CH2 A,cli c6h5ch2ch,副反应：C6H5cH2cH3 + CH2 = CH2 Alcli CH,CH2C6H4CH2CH.烷基化反应：CH5CH2C6H4 + C6H6 -2C6H5CH2CH5水解反应：A© 3 + 3H2O+ 3HCI中和反应：HCl +NaOHNaCl + H2On2. 2.2乙苯脱氢反应主反应：C6H5CH2CH. m >C6H5CH = CH2 + H,副反应：C6H5CH2CH, + H2 C6HseH + CH 4C6H5

32、CH2CH5 >C6H6 + CH2CH4C6H5CH2CH5 >SC+5H22.3苯乙烯生产流程评述2. 3.1燃化工段来自中间仓库的干苯和来自乙烯车间的乙烯和苯以0.4-0. 5： 1的配比，从塔底送 入反应器。同时，将配好的催化剂溶液经复合体加料泵加入反应器，在此反应器内进 行烷基化反应。反应产物自燃化反应器上部各自流至冷却器，冷却65c后进行燃化液 沉降槽沉降分离，分离出的AlCb络合物自槽底部返回燃化反应器底部，上层烧化液 自流至水解塔。没反应的乙烯气体和苯蒸汽等从燃化反应器顶部出来经冷却器用循环 水使大部分蒸汽冷凝后进入尾气吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和HCI气后，未凝

33、气 放空，二乙苯吸收液反燃化，燃化液自上部直接流至中间仓库燃化液罐中口&。2. 3.2乙苯精储工段(1)干燥苯塔来自中间仓库原料苯罐经原料泵送来的含水900ppm的原料苯，进入回流罐油相区; 来自循环苯塔的含水量2500ppm的循环苯，与苯干燥塔顶蒸出的经过冷凝的苯冷却后 进入回流罐分相区.塔顶气相温度81c经预热器与进料换热器后，进入冷凝器用循环 水冷凝，冷凝后循环苯塔回流泵送来的循环苯一起进入冷却器用循环水冷却器用循环 水冷却后进入回流罐分层区，上层脱水苯溢流至油相区，下层水相从集水包间断排入 11号管线塔釜为干燥苯，采出送至中间仓库干燥苯罐口&。(2)循环苯塔来自中间仓库

34、的燃化液进入循环苯塔加料区，塔顶气相储分冷凝回流后冷却进入 苯干燥塔回流罐分层区。塔釜液(主要是乙苯和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。(3)精乙苯塔由循环苯塔釜液泵送出的釜液，进入精乙苯塔加料层，塔顶气相馀分乙苯经冷凝 回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。(4)二乙苯塔来自精乙苯塔釜液的料液根据不同组成进入二乙苯塔不同进料板.塔顶得N-乙 苯，塔釜得到多乙苯。2. 3.3乙苯脱氢来自中间仓库乙苯泵送来的乙苯与管网来的蒸汽进入乙苯蒸发器，乙苯与蒸汽量 比为1： 1.4,经过过热器壳程与脱氢反应器出来的650C烟气过热至580C后，配料气 进入脱氢反应器进行脱氢反应.反应产物经空冷，水冷，盐冷后进

35、入沉降槽，分离后 加入阻聚剂阻止聚合，然后进入粗苯乙烯塔窗2，3. 3.4苯乙烯精储工段(1)粗苯乙烯塔炉油自中间仓库送来，进入粗苯乙烯塔由再沸器加热精储，塔顶产物苯，甲苯， 乙苯轻组分进入循环乙苯塔的底部产物苯乙烯和苯乙烯焦油。(2)精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料为粗苯乙烯塔经过冷却后的釜液，由再沸器加热进行精镭。塔顶 产品苯乙烯，纯度99.6(重量)，塔釜苯乙烯焦油(三废之一)。(3)循环乙苯塔粗笨乙烯塔塔顶锚分由回流泵送出，经循环乙苯塔进料预热器，用循环乙苯塔釜 液进行预热后，进入循环乙苯塔，由再沸器用L6MPa蒸汽加热精馀，塔顶苯，甲苯储 分，送至中间仓库苯，甲苯罐。塔釜即循环乙苯，进入循环

36、乙苯塔冷却器，送到中间 仓库循环乙苯罐。15年产25万吨苯乙烯工艺设计3工艺计算4. 1物料衡算3.1.1原始数据各种物质基本原始数据见表3-1C25o表3-1原始数据表基本量分子量常压沸点K(xi) wt %ABC苯78.1153.361.3315. 90082788. 51-52. 36甲苯92.14383.80.2116.01373096. 52-53. 67乙苯106.17409.329. 9916.01933279. 47-59. 95二乙苯134. 26456.97.1516.1143657. 22-71. 18三乙苯162. 260. 97焦油189.330. 35乙烯28.17

37、方程式：F = D+WFxi = Wxi + Dxi操作条件：设年工作300天，每天24小时，总工作时间为24X300=7200小时，生 产能力为：25万吨每年；进料组成：60机 塔底产品组成98%；塔顶产品组成V2%。 常压、泡点进料，筛板塔、冷却剂与蒸汽自选合适条件。3. 1. 2精储塔的物料衡算乙苯的摩尔质量Ma=106. 17kg/kmol苯乙烯的摩尔质量Ma=104. 15kg/kmol（1）原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分率先、治、X.分别计算结果如下。XfXD0.4/%06.1704/706/106.17+ /104.150.98/106.17= 0.3960.98/+ 0.02/

38、106.17+/104.150.02/力06.17OW .0.98/106.17+ 7104.15= 0.98= 0.02（2）原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量外、Mo、4分别计算结果如下。M F = 104.79kg/ kmolM D = 105.96kg/kmolMw =lQ4.04kg/kmol （3）物料衡算根据无量守恒可知：F=D+肌式中，F为进料质量Ckmol/h） ； D为塔顶出料量（kmol/h） ； W为塔釜出料 量(kmol/ h) o又已知正以=D%+做w，则当产量W = 2.5xl0g,开工时间为330x24= 7200 c通过计算得：卬= 2.5x10、= 333

39、.7 4kmol/h104.04x7200产= 548.614%篦 o。=214.874k 血/?3. 2理论塔板数求解3. 2.1进料泡点温度由试差法确定利用安托尼公式In尸=A-T + C式中，产为饱和蒸汽压（Pa）；A、B、C为安托尼常数;T为温度,。假设T=414K=141, 代入公式 得Pf888. ImmHg； Pb=679. 88mmHg；由 K = P/760,得Ka =888.1/760 =1.17；降=679.88/760 = 0.92 ；把七；代入公式KAxF+KB（l-xF） = 1.0261,符合要求，所以进点泡料温度T=414K=141°C。同理，得塔顶温

40、度T=408. 5K； Pa=763. 9mmHg； PB=600. 28mmHgo同理，得塔釜温度T=418K； Pa=981. 92mmHg； Pb=774. 95mmHg。3. 2.2最小回流比及操作回流比计算把乙苯-苯乙烯视为理想溶液。原料液、塔顶及塔底产品的挥发度巴.、即, 分别计算结果如下。% =2 = 888%=1.31，/o/y.ooa -匕-763.9/_ i 272D P %00.28-21 Bzv -_ 981.92/_ i 767许_尸-为74.95 T幺。/1 B平均相对挥发度4 = % + ? +=1.28因泡点进料，故进料方程q=l。Xq = Xf = 0.396

41、%一=0.456最小回流比Rmin =上$-=8.4 yqf实际回流比宠=1.5凡还=12.63. 2. 3求精储塔的气液相负荷L = /?£> = 2707.412km。/?V = (R + 1)D = 2922.286k 机Lf = L+F = 3256.026。/?V' = V = 2922.286kmol/h上述式中L、C分别为精福段、提溜段上升蒸汽流量；K V'分别为精储段、提溜段下降 液体的量。3. 2. 4求操作线方程精饰段：y = -x + xD =0.926x +0.0721r n提溜段：y = x + xw= 1.114x +0.00153.

42、 2. 5图解法求理论板数3. 2. 6全塔效率求解根据公式 = expS+%+°"+”砌，式中A、B、C、D、E均为系数，求得在塔顶、塔 底温度下的粘度如下表3-2。表3-2塔底温度下的产品粘度产品名称粘度/cp塔顶/408. 5K塔顶/418K乙苯0. 240.2苯乙烯0. 2420. 227=0.24 x 0.98 + 0.02 x 0.242 = 0.24= 0.21 x 0.98 + 0.02 x 0.227 = 0.21"m = （0.24+ 0.02） = 0.225式中，卬、分别为混合液体在塔顶、塔底粘度及平均粘度。由此得全塔 效率 Et = 0.

43、494严$ = 0 66 o3. 2.7实际塔板数求取精微段得实际塔板层数N43% 66 = 47块；提溜段实际探班层数N提=2%.的=32块。3. 3精储塔工艺条件及有关物性数据计算3. 3.1以精储段为例进行操作压力的计算由塔顶操作压力Pd=101. 3kd，取每层塔板压降w = 0.75kPa，得进料板压力PF = 101.3 + 0.75 x 47 = 136.55机;精储段平均压力Pm =（10L3；36a） = i&925帆。依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙苯-苯乙烯的饱和蒸汽压由安托尼方程计算，计算的芦顶温度=135.5。；进料板温度 rF=143

44、,8；精福段平均温度L =0355 + 143.% = i39.65°C。3. 3. 2平均摩尔质量的计算（1）塔顶平均摩尔质量计算由X。=%=0.98、%=如一得以下结果。1 + （。力-1）%3=0.975Mvdm =0.98x106.17 + 0.02x104.15=106.15kg/痴 o/Mwm = 0.975x106.17 + (1- 0.975)x104.15=lQ6A2kg/kmol(2)进料板平均摩尔计算由图解理论版得以 =0.439 ,查平衡曲线得打=0379。M = 0.439 x 106.17 + (1 - 0.439) x 104.15=105.04kg/k

45、mo/=0.379x106.17 + (1-0.379)x104.15=104.92kg/kmol(3)精福段的平均摩尔质量=(10613 +105.0% = 105.585kg/痴。/=(106- 12 +104.9% = 105.52kg/k加3. 3. 3平均密度的计算(1)气相平均密度计算由理想气态方程计算，即；_ 118.925x105.585P" _ RTm _ 8.314x(139.65 + 273)=3.515均/苏（2）液态平均密度计算液相平均密度依下式计算，即;由= 135.5°C ,查手册得：0乙素二760kg/m3 ；夕苯乙烯二790kg/，计算塔顶

46、 液相平均密度Pum，结果如下：Pu)m =o.9v +o.oy/760+ 7790=160.6kg/in5由= 143.8°C,查手册得°乙茶=7551kgi府;0苯乙烯=790kg/m3。计算进料 板液相的质量分率2，结果如下。°0.379x106.17d a =a 0.379x106.17 + (1-0.379)104.15= 0.384则进料板得平均密度计算如下。1pLhm = 0.384/.0.616/Z755.7+/790=776.5kg/由以上计算结果，得精储段液相平均密度为 pbn =（7686 + 776% = 768.55/33. 3. 4液相

47、平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算。B|J：由，力=135.5,查手册得：er乙笨=16mA/m； er苯乙烯=20mM/m ,得塔顶液相 平均表面张力 %= 0.98 xl6 + 0.02 x 20 = 16.08W /m 0由=143.8,查手册得o乙笨=14.75mM/in ： cr不乙烯=16.9mM/in。得进料板 液相平均表面张力：= 0.379 x 14.75 + 0.621 x 16.9 = 16.09M /m ,由以上计算结果得精储段液相平均表面张力：(16.08 + 16.09) . _.(T. = = 6.083?N/mUH0z°3. 3. 5液体平均粘

48、度计算液相平均粘度依下式计算，即： ni由f°=135.5°C,得"乙笨=0.24mPas； 笨乙垢=0.242mPa s ,解出塔顶液相平 均粘度 = 0 98 x 0.24 + 0.02 x 0.242 = 0.24/nPn s。由%=143.8°C,得乙苯=0.225mPas； 茉乙笳=0.231mPa,解出进料板液 相平均粘度公=0 379 x 0.225 + 0.621 x 0.231 = 0.229/。 s。以由上结果得精储段液相平均粘度坊=。2410.229 = 0 234?Pas。3. 4精储塔塔体工艺尺寸的计算3. 4.1塔径的计算精微

49、段的气液相体积流率如下。v _ VMVm _ 2922.286x105.5855 - 3600pVm3600x3.515= 24.38加/sL _ LMUn _ 2707.412x105.52. 一 360%,3600x768.55=0.103m3 / s31由“max = C式中C由下式计算，其中C"由下图3-2史密斯关联图查取,图的横坐标为:4（4）% 一01。3工（768.55 %Vs pv 24.383.515=0.0625取板间距HkO. 5m,板上液层高度儿=0.1m , 查史密斯关联图得：C20=0. 0850.1 = 0.40/Ho=。.。85（管严= 0.0814图

50、3-2史密斯关联图max= 0.0814x768.55-3.5153.515=1.20 bn/5取安全系数为0.7,则空塔系数为：u = 0.7wmax = 0.7 x L201m/s = 0.841m/sD =匹= I 4x24.38 塔径，V 皿 V 3.14x 0.841=6.077m按标准塔径元整后，塔径。= 6.077+0.2内6.3加塔截面积4= 把 X6.3? =31.16帆244实际空塔气速=也处=0.782?/s o31.161. 4.2精储塔有效高度的计算精微段有效高度Zw =（N精）=（47 -l）x0.5 = 23m提储段有效高度Z提=（N提“）=（32 - l）x 0

51、.5 = 15.5m在进料板上开一人孔，其高度为0.8m进料板有效高度”丁进料=1.5”9第一块板上空间高度1.3m,最后一块高度为1.5m,塔座高度h=2. 5m。上封头=%。+ ° 025 = 16， 卜封头=% ° + 0,025 = 16 ° 由以上计算结果，可得精储塔的有效高度： Z = 23+ 15.5 +1.6 +1.6 +1.5 +1.3 +2.5=47.0m3. 5塔板主要工艺尺寸的计算4. 5.1溢流装置的计算（1）堰长。取=0.6x6.3 = 3.78？（2）溢流液高度加 瓦=%一儿“选用平直堰，堰上液层高度.由式费兰西斯公式计算，即：2.8

52、41000_2.84/3% 近似取E=l,则% =丽IjL2.84(3600x0103)% wool r78)=0.06/7;取板上清液层高度hL = 100/wn ,得儿,=0.04团。（3）弓形降液管宽度Wd和截面积。由 =D3.78 63=0.6查下图3-3弓形降液管的参数图，得1二 0.058， = 0.125,故：A,DA, =0.085x31.16 = 1.807机？Wd =0.125x6.3 = 0.788/77依下式验算液体在降液管中停留时间: A/1.807x0.5 Ls 0.103=8.77s a 5s故降液管设计合理。弓形降波管”图0.30.020.50.40.06 O.

53、OS 0 040.030.1 o.oeo.ot I0.40.50.6 0.7 O.B 0.9 IjO图3-3弓形降液管参数图（4）降液管底隙高度九h L, _0.103° =3.78x0.25=0.109/77取 0 = 0.25/77/5hw - h0 = 0.4 -0.109 = 0.291 n?特殊情况&Yh°,则应取配 人儿，选用凹形受液盘。3. 5. 2塔板布置因D=6300mm,塔板采用分块式，查塔板溢流类型表得塔板分12为块。塔径/mm8001200140016001800200022002400塔板分块数3456边缘区宽度取% =%'=° 07机；Wc = 0.03M o （1）开孔区面积从计算= -(0.788 + 0.07)=2.292加r = -IV. = -0.03 = 3.12/n22A =2 x