【年产3.8万吨苯乙烯精馏工段工艺设计11000字（论文）】

摘要苯乙烯是一种无色透明的油状液体，散发出一种芳香气味，多在苏合香脂中。苯乙烯不仅可以自聚成聚苯乙烯树脂，还可与其它的不饱和化合物共聚，生成树脂和合成橡胶等。除此之外，苯乙烯在生产染料、农药制造等领都有着十分广泛的应用，所以研究苯乙烯的生产工艺是十分有意义的。本设计为年产3.8万吨苯乙烯精馏工段工艺设计，本工艺以鲁姆斯公司生产苯乙烯的技术作为参照，所采用的催化剂是具有低活性和高选择性的氧化铁系列，，用乙苯脱氢法制得苯乙烯，由此确定了精馏工段的工艺流程，从而对本工段进行了物料衡算和热量衡算，然后对本工段的主要设备进行设计计算和选型，最后对安全生产和环境保护做了简单说明。关键词：苯乙烯；精馏工段；工艺设计；节能第1章概述1.1原料乙苯的性质及用途1.1.1乙苯的主要性质外观形状无色透明的液体，有芳香气味主要用途用作溶剂，是生产苯乙烯的重要原料之一物理、化学性质分子式C8H10分子量106.06沸点℃136.2闪点℃15熔点℃-94.9临界压力MPa3.7自燃点℃432临界温度℃343.1相对密度（水=1）0.87相对密度（空气=1）3.66溶解性不溶于水、可混溶于苯、醇、醚等有机溶剂1.1.2乙苯的用途乙苯是一个重要的中间体，主要用来生产苯乙烯ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>侯志扬</Author><Year>2010</Year><RecNum>13</RecNum><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">13</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>侯志扬</author></authors></contributors><auth-address>山东华鲁恒升化工股份公司;</auth-address><titles><title>我国苯乙烯产业分析</title><secondary-title>化学工业</secondary-title></titles><periodical><full-title>化学工业</full-title></periodical><pages>26-29</pages><volume>28</volume><number>07</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>生产能力</keyword><keyword>市场调查</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>1673-9647</isbn><call-num>11-5590/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]，其次用作溶剂、稀释剂以及用于生产二乙苯、苯乙酮等；同时它又是制药工业的主要原料。1.2苯乙烯的性质及用途1.2.1苯乙烯的性质苯乙烯是一种无色透明的油状液体，散发出一种芳香气味，多在苏合香脂中。苯乙烯自聚生成聚苯乙烯树脂，它还能与其他的不饱和化合物共聚，生成合成橡胶和树脂等多种产物ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>庞晓华</Author><Year>2008</Year><RecNum>17</RecNum><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>庞晓华</author></authors></contributors><titles><title>中东地区新增产能陆续投产市场供过于求现象日益严重全球苯乙烯市场前景不容乐观</title><secondary-title>中国石油和化工</secondary-title></titles><periodical><full-title>中国石油和化工</full-title></periodical><pages>51</pages><number>21</number><keywords><keyword>陶氏化学公司</keyword><keyword>雪佛龙</keyword><keyword>市场前景</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><isbn>1008-1852</isbn><call-num>11-3958/D</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。其分子式为C8H8，结构式为C6H5CH=CH21.2.2苯乙烯的用途苯乙烯作为第四大乙烯衍生产品，苯乙烯是合成橡胶材料和塑料产品的重要有机原料。苯乙烯在生产聚苯乙烯（PS）、丁苯橡胶（SBR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）、以及苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN）和不饱和树脂中较为常见。苯乙烯系列产品在合成树脂产量中位于第三位ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李明</Author><Year>2004</Year><RecNum>21</RecNum><record><rec-number>21</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">21</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李明</author><author>李斌</author></authors></contributors><titles><title>国内外苯乙烯生产技术进展</title><secondary-title>化工文摘</secondary-title></titles><periodical><full-title>化工文摘</full-title></periodical><pages>44-47</pages><number>04</number><keywords><keyword>乙苯脱氢催化剂</keyword><keyword>抽提蒸馏</keyword><keyword>径向反应器</keyword><keyword>乙苯氧化脱氢</keyword><keyword>热解汽油</keyword></keywords><dates><year>2004</year></dates><isbn>1002-1345</isbn><call-num>50-1069/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]，不仅如此，苯乙烯还有着十分广泛的用途，比如生产染料、制药产业、农药制造以及选矿等领域。（1）生产聚苯乙烯（PS）各种改性聚苯乙烯材料都可用苯乙烯来生产，如通用级聚苯乙烯（GPS）、可发泡聚苯乙烯（EPS）等。聚苯乙烯具有透明、绝缘、印刷性好等优点，广泛应用于通信器材和高频电器中，如无线电零件、高频电容器等。聚苯乙烯的高度透明性这一特点，被广泛用于生产光学仪器及透明模型，如仪表壳罩、灯罩等。此外在食品包装材料和日用品中都可见到聚苯乙烯。具有良好的隔热、隔音性能和有弹性、吸水性小等优点的聚苯乙烯泡沫塑料，在建筑、制冷、包装等行业广泛用做隔热、隔音、保温、防震材料等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周仕东</Author><Year>2003</Year><RecNum>45</RecNum><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">45</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周仕东</author></authors></contributors><auth-address>东北师范大学化学学院吉林长春130024</auth-address><titles><title>苯乙烯和聚苯乙烯及其环境问题</title><secondary-title>化学教育</secondary-title></titles><periodical><full-title>化学教育</full-title></periodical><pages>1-2+28</pages><number>05</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>聚苯乙烯</keyword><keyword>环境</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1003-3807</isbn><call-num>11-3285/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。（2）生产丁苯橡胶（SBR）苯乙烯和丁二烯制成的丁苯橡胶大量用于制造轮胎、胶带、胶鞋以及其他多种橡胶制品，丁苯胶乳则用于纺织和造纸。丁苯橡胶（SBR）是目前世界上产量最高和消费量最大的通用合成橡胶（SR）品种，丁苯橡胶（SBR）是用阴离子溶液聚合工艺制得的，丁二烯和苯乙烯作为其单体。它与天然橡胶（NR）在物理性能、加工性能上都十分接近，不同点是丁苯橡胶在耐磨性和耐热性上都优于天然橡胶，SBR与NR并用，广泛用于生产轮胎与轮胎制品、鞋类以及其他工业橡胶制品。丁苯橡胶（SBR）以生产工艺为标准进行分类的话，可分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR），其中ESBR有着悠久的开发历史，且生产工艺也很成熟，它的生产能力、产量和消耗量均占据丁苯橡胶（SBR）之首。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种，其生产工艺与ESBR相比具有胶种多样化、装置适应能力强、单体转化率高、排污量小等优点，是今后的发展方向ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李玉芳</Author><Year>2008</Year><RecNum>91</RecNum><record><rec-number>91</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">91</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李玉芳</author><author>李明</author></authors></contributors><auth-address>北京江宁化工技术研究所,北京江宁化工技术研究所北京100076,北京100076</auth-address><titles><title>丁苯橡胶生产技术进展及国内外市场分析(一)</title><secondary-title>橡胶科技市场</secondary-title></titles><periodical><full-title>橡胶科技市场</full-title></periodical><pages>8-11</pages><number>01</number><keywords><keyword>丁苯橡胶</keyword><keyword>生产技术</keyword><keyword>消费</keyword><keyword>市场前景</keyword></keywords><dates><year>2008</year></dates><isbn>1672-125X</isbn><call-num>11-5013/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。（3）生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）在国内，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>何坤荣</Author><Year>2003</Year><RecNum>99</RecNum><record><rec-number>99</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">99</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>何坤荣</author><author>王璇</author></authors></contributors><titles><title>世界ABS生产现状及发展趋势</title><secondary-title>国际化工信息</secondary-title></titles><periodical><full-title>国际化工信息</full-title></periodical><pages>11-13</pages><number>03</number><keywords><keyword>ABS</keyword><keyword>用途</keyword><keyword>市场</keyword><keyword>美国</keyword><keyword>欧洲</keyword><keyword>亚洲</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1671-8003</isbn><call-num>11-4759/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]和苯乙烯-丙烯腈树脂是仅次于聚苯乙烯的第二大苯乙烯衍生物。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）的共聚物，具有较好的抗冲强度、良好的耐油性、耐水性和化学稳定性。ABS用于生产注塑产品、板材和薄膜，最大的用户端是汽车行业，其次是电子行业，还用在电器和建筑行业等。ABS树脂的很多应用市场均已成熟，但仍在继续开拓新的应用领域，主要是替代最终市场如汽车部件等。（4）生产苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN）苯乙烯-丙烯腈树脂由苯乙烯和丙烯腈共聚生成，由于SAN树脂是由两种单体发生共聚合反应而生成的，故它能表现出两种组分的协同性能。丙烯腈使聚合物具有耐化学腐蚀性，特别是对非极性物质有较高的化学稳定性，并有一定的表面硬度。聚合物还具有苯乙烯赋于的刚性和加工流动性。SAN树脂[7]具有良好的尺寸稳定性、耐候性、耐热性、耐油性、抗震动性和化学稳定性，SAN广泛应用在家用电子、日用商品等领域。1.3苯乙烯的生产现状和发展前景1.3.1国外苯乙烯生产现状和发展前景国外乙苯脱氢法制苯乙烯的反应器分为两种：等温式和绝热式。ASF工艺[8]是等温式的代表，每台反应器生产能力大概是10万吨每年。这两种方式生产技术是不同的，最受厂家欢迎的是绝热式的UOP/Lummus法。目前UOP/Lummus法已经非常成熟了，可以使乙苯的生产能耗降到最低界限。在20世纪80年代初期，UOP公司开发了一种新的技术叫做乙苯脱氢－氢选择氧化[9]。乙苯脱氢－氢选择氧化此技术的基本原理是：乙苯通过脱氢生成了氢气，在氧化剂的作用下催化成水蒸汽，整个反应所产生的热量提供给脱氢反应，整个反应向着生成苯乙烯有利的方向进行。经科技的发展，此技术具备了成熟的高操作性。最近，UOP和其他公司联合对此技术进行了优化升级，形成了Smart技术，是在Lum-mus/UOP技术的基础上形成的，故流程大体上是相同的，只是在脱氢反应器上略有不同，不同表现在Smart技术运用了三段式的设计，可以更好的利用反应自身所产生的热量，实现氧气的全部利用，更加完美的完成整个脱氢反应。Smart工艺因脱氢效率高，费用耗资小等优点备受关注，有良好的发展前景。已经研究开发了很多年的乙苯氧化脱氢生产苯乙烯的技术，由于氧化脱氢时生产的副产物过多，会影响到整个产品的纯度和质量，所以不被采用。1.3.2国内苯乙烯生产现状和发展前景在我国最早采用生产苯乙烯的方法是等温列管反应器，因为等温列管反应器规模不大，同时资源消耗较高，产品没有竞争力，现在此装置已经基本全部停用。在20世纪80年代中期，我们国家在燕山石化和齐鲁石化都购置了两套大型装置，采用Lummus/UOP工艺[10]。随后，我国又陆续引进了多套装置，在原有技术的基础上引进新技术，我国生产苯乙烯的能力也日益提高。与传统的工艺相比较，Smart新工艺[11]有着更加明显的优点，有更长远的发展未来。近几年，我国有公司对Smart新工艺进行了初步研究，但与国外相比还是较落后的，我们应该更多的关注Smart新工艺发展方向，投入更多的科研力量，研究出一套具有中国特色的新工艺技术，为国内提供可靠的技术后盾力量。经努力，我国现在的主要技术路线是从干气出发生产苯乙烯。我国现有的技术比较可靠，也适应行情，同时质量也有保证，从干气出发生产苯乙烯与精乙烯出发生产苯乙烯的路线相比，成本可以节约10%左右。我们也要加快步伐，要尽快的对现有技术创新和改革。努力达到成本消耗最低，生产最环保，效率最高ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>胡晨</Author><Year>2018</Year><RecNum>100</RecNum><record><rec-number>100</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">100</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>胡晨</author></authors></contributors><auth-address>中海油东方石化有限责任公司;</auth-address><titles><title>国内、外苯乙烯生产工艺现状及发展趋势</title><secondary-title>化工管理</secondary-title></titles><periodical><full-title>化工管理</full-title></periodical><pages>74</pages><number>17</number><keywords><keyword>苯乙烯</keyword><keyword>生产工艺</keyword><keyword>发展趋势</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1008-4800</isbn><call-num>11-3991/F</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[12]的水平。第2章工艺原理及工艺流程2.1生产方法乙苯作为原料，采用脱氢反应器，由原来的单级轴向反应器发展到现在的双级径向反应器的各种组合优化的多种反应器；反应器的操作压力由于原来的正压发展到现在的负压；汽油比由原来的2.5:1发展到现在的1.3:1；蒸汽的消耗量由原来的10kg/

kgSM发展到现在的4kg/

kgSM。UOP

/

Lummus的Classic

SM流程中的乙苯脱氢工艺装置主要包括：蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯/苯乙烯分离塔。蒸汽在过热炉中过热至800°C作为热源引至反应器。乙苯脱氢的工艺条件为：550~650°C、常压或减压、蒸汽质量:乙苯质量比为1.0~

2.5。图2.1UOP/Lummus的ClassicSM工艺流程UOP

/

Lummus的

“SMART”

SM工艺[13]是在ClassicSM工艺基础上发展的一项新工艺，即在工艺Classic

SM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。可使乙苯单程转化率提高到80%以上。通过UOP

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Lummus的Classic

SM工艺与发展的新工艺UOP

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Lummus的

“SMART”

SM工艺比较，可得出使用UOP

/

Lummus的Classic

SM工艺乙苯的单程转化率较低。SMART技术的优越性有：①提高乙苯的转化率，减少未转化的乙苯循环返回量，提高装置的生产能力，减少分离部分的能耗；②使用氢氧化的热量，节约能量；③中间加热使用氧化加热，反应物流回收潜热，提高了能量使用效率，降低动力费用。综上本文按照UOP

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Lummus的“SMART”

SM法进行工艺设计。鲁姆斯(UOP

/

Lummus)经典苯乙烯单体生产工艺是全世界生产苯乙烯(SM)单体中最成熟和有效的技术，自1970年实现工业化以来，目前大约有55套装置在运转。2.2工艺原理在蒸汽存在的状态下，乙苯脱氢利用蒸汽使氧化剂处于适当的氧化状态。蒸汽既加热反应进料、减少吸热反应的温度降，同时蒸汽也降低产品的分压使反应平衡向着生成苯乙烯方向进行，且又可以连续去除积炭以维持催化剂一定的活性。反应产生的热量提供给了脱氢反应，Smart技术在脱氢反应器上运用了三段式的设计，更好的利用反应自身所产生的热量，实现氧气的全部利用，更加完美的完成整个脱氢反应。2.3工艺流程UOP

/

Lummus的

“SMART”

SM乙苯脱氢工艺流程如图2.2所示图2.2Lummus的SMART乙苯脱氢工艺流程图新鲜乙苯、循环乙苯与一部分蒸汽混合后在蒸汽过热器内过热，与过热蒸汽混合，在径向催化反应系统内进行脱氢，热反应产物在热交换器内冷却以回收热量并冷凝。不凝气（主要是氢气）压缩后，经回收烃类，再用作蒸汽过热器的燃料；而冷凝液体分为冷凝水和脱水有机混合物，在脱水有机混合物中加入不含硫的阻聚剂，以减少因聚合而损失的苯乙烯单体，然后在乙苯/苯乙烯单体分馏塔进行分离，塔顶轻组分去乙苯分离塔，从而从乙苯中分离出苯和甲苯，回收的乙苯返回脱氢反应器原料中。乙苯/苯乙烯塔底物在最后苯乙烯分馏塔内进行分馏，塔顶产品即为苯乙烯单体产品，少量的塔底焦油用作蒸汽过热器的燃料，蒸汽过热器所需大部分燃料来自脱氢废气和苯乙烯焦油。第3章工艺计算3.1设计要求与操作条件设计主要任务及目标为：生产能力为3.8万吨/年；进料组成60%；塔底产品组成>98%；塔顶产品组成<2%，总工作时间为300×24=7200h。（1）操作压力本精馏设计的操作压力为常压。（2）进料状态进料状态在设计中是一个很重要的因数。本设计采用泡点进料是为了精馏塔本身，使它操作方便，可以不受外界干扰。进料状态直接影响了进料方程，同时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水。3.2精馏塔的物料衡算乙苯的摩尔质量：MA苯乙烯的摩尔质量：MB（1）原料液、塔顶、塔底产品的摩尔分率xF、xD、xxx（2）原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量MF、MD、MF=MD=MW=（3）物料衡算根据物料守恒公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>夏清</Author><Year>2000</Year><RecNum>102</RecNum><record><rec-number>102</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">102</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">夏清</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化工原理（上册）</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京：化学工业出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>北京：化学工业出版社</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">53-57</style></pages><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2000</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]：F=D+WFxF=DxD式中：F——进料量kmol/hD——塔顶出料量kmol/hW——塔釜出料量kmol/hxFxDxw当产量W=3.8×107kg由物料守恒公式算得：W=F=83.41kmol/hD=32.67kmol/h3.3精馏塔的热量衡算TDrrTwrrrr3.3.1精馏段假定冷却水进冷凝器的温度t1出冷凝器的温度t2查比热容共线图得：CQ=V×r=W3.3.2提馏段QV×V加=V×r'式中：V'——r'——V加——r加——r加=其中2258.4kJ/kmol为标准压力下水的汽化热。第4章主要设备的设计计算及选型4.1精馏塔理论塔板数的求解（1）利用安托尼公式用试差法确定进料泡点温度安托尼公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>宋孝勇</Author><Year>2011</Year><RecNum>111</RecNum><record><rec-number>111</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">111</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>宋孝勇</author><author>韩粉女</author><author>丁建飞</author></authors></contributors><titles><title>化工原理课程设计</title></titles><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">161-168</style></pages><dates><year>2011</year></dates><publisher>化工原理课程设计</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]：lnp式中：PS——A、B、C——常数T——温度K假设T=414k=141℃代入公式得：PP由k=得KK将KAKAxF+符合要求，所以进料泡点温度为414k=140.85℃.同理得：塔顶温度为408.5kPAPB塔釜温度为418kPAPB（2）最小回流比及操作回流比把乙苯-苯乙烯视为理想溶液。原料液、塔顶及塔底产品的挥发度αF、αD、ααα平均相对挥发度：α因泡点进料，故进料热状况参数q=1x由相平衡公式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>夏清</Author><Year>2000</Year><RecNum>110</RecNum><record><rec-number>110</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">110</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">夏清</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化工原理（下册）</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京：化学工业出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>北京：化学工业出版社</full-title></periodical><pages><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">29-33</style></pages><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2000</style></year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16]：y最小回流比：R实际回流比：R=1.5×（3）求精馏塔的气液相负荷L=R×D=13.6×32.67=444.312kmol/ℎV=（R+1）×D=（13.6+1）×32.67=476.982kmol/ℎL'=L+F=444.312+83.41=527.722V'=V=476.982上式：L——表示精馏段下降液体的量L'——V——表示精馏段上升蒸汽流量V'——（4）求操作线方程精馏段：y==0.932x+0.0671提馏段：y==1.11x-0.0021（5）求理论塔板层数通过图解法知理论塔板层数N和进料板位置NF，即N=53（包括再沸器）；N（6）全塔效率求取由公式μ=exp表4.1粘度产品名称粘度/cp塔顶塔釜0.21乙苯0.24苯乙烯0.2420.227μμμ式中：μD、μW、μ由此得全塔效率：E（7）实际板数的求取精馏段实际板层数：N精提馏段实际板层数：N提4.2精馏段的设计计算4.2.1操作压力计算由塔顶操作压力：P每层塔板压降：∆P=0.52kpa得进料板压力：P精馏段平均压力：P根据操作压力，用试差法并借助泡点方程得出泡点温度，其中用安托尼方程来计算乙苯-苯乙烯的饱和蒸气压。塔顶温度：t进料板温度：t精馏段平均温度：t4.2.2平均摩尔质量计算（1）塔顶平均摩尔质量计算由x由相平衡公式得：yx得x1=y1MM（2）进料板平均摩尔质量计算由图解理论板得：y查平衡曲线得：xM=0.445×106+=104.89kg/kmolM=0.385×106+（3）精馏段平均摩尔质量计算M=M==105.355kg/kmol4.2.3平均密度计算（1）气相平均密度计算由理想气态方程计算：ρ（2）液相平均密度计算液相平均密度由下式计算：1/ρ因tρρ计算塔顶液相平均密度ρ计算结果如下：ρ由tρρ计算进料板液相的质量分率：α则进料板的平均密度计算如下：ρ由以上计算结果得精馏段液相平均密度为：ρ4.2.4液相平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算：σ由tσσ得塔顶液相平均表面张力：σ由tFσσ得进料板液相平均表面张力：σ由以上计算结果得精馏段液相平均表面张力：σ4.2.5液体平均粘度计算液相平均粘度由下式计算：Lgμ由tDμμlgμ解出塔顶液相平均粘度：μ由tμμlgμ解出进料板液相平均粘度：μ综上得精馏段液相平均粘度：μ4.3精馏塔塔体工艺尺寸计算（1）塔径的计算精馏段的气液相体积流率ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>祁瑞</Author><Year>2008</Year><RecNum>106</RecNum><record><rec-number>106</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">106</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>祁瑞</author><author>马鹏帅</author></authors></contributors><titles><title>年产20万吨苯乙烯的精馏装置工艺设计</title><secondary-title>宁波化工</secondary-title></titles><periodical><full-title>宁波化工</full-title></periodical><pages>30-43</pages><number>03</number><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>郅殿军</Author><Year>2010</Year><RecNum>108</RecNum><record><rec-number>108</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">108</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>郅殿军</author></authors></contributors><titles><title>年产6万吨苯乙烯车间乙苯精馏工段的工艺设计</title></titles><dates><year>2010</year></dates><publisher>北京化工大学</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17]如下：VL由u由上式算得：L取ℎT=0.45m，ℎL=0.1m，其中则ℎC=其中C20u取安全系数为：0.7则空塔气速为：u=0.7u塔径：D按标准塔径圆整后，塔径：D=2.46+0.2≈2.7m塔截面积：A实际空塔气速：u=4.049/5.723=0.70749m/s（2）精馏塔有效高度计算精馏段有效高度：Z提馏段有效高度：Z在进料板上开放一人孔，其高度为0.8m综上得精馏塔的有效高度：Z=4.4塔板主要工艺尺寸计算（1）溢流装置的计算塔径经圆整后为2.7m，所以选用双溢流弓形降液管，并采用凹形受液盘。具体各项计算如下：堰长l取l溢流堰高度ℎℎw=堰上液层高度ℎowℎl近似E=1，则h取板上清液层高度ℎ得ℎ弓形降液管宽度Wd和截面积由lwD=查弓形降液管的参数图得：AW故A依下式验算液体在降液管中停留时间：θ=故降液管设计合理。降液管底隙高度ℎℎ式中取u0ℎℎ综上，降液管底隙高度尺寸设计合理，ℎw'=0.06m（2）塔板布置塔板的分块D=2.7m≥800mm，所以塔板采用分块式，由塔板溢流分类表查得塔板分为8块。边缘区宽度WC安定区宽度WS[18]，取WS=WS'开孔区面积Aaxr=A=21.322筛孔计算及其排列因为本设计所涉及的物系带有腐蚀性，故我们选用δ=3mm的碳钢板，取其直径d0为25mm，正三角形排列筛孔，并取孔中心距t（t=3筛孔数目n为：n=1.155开孔率为：∅=0.907气体通过阀门的气速为：v4.5筛板的流体力学验算（1）塔板压降计算干板阻力ℎc干板阻力ℎcℎ因d0δ=25ℎ计算气体通过液层的阻力ℎ1气体通过液层的阻力ℎ1ℎvF查充气系数关联图得：β=0.59故ℎ1计算液体表面张力阻力ℎσ液体表面张力阻力ℎσℎσ=4气体通过每层塔板的液柱高度ℎpℎp气体通过每层塔板的压降为：∆P（2）液面落差对于筛板塔而言，由于它的液面落差、塔径及液流量都不大，所以我们可忽略液面落差的带来影响。（3）液沫夹带液沫夹带量由下式计算：e故本设计在液沫夹带的允许范围内。（4）漏液对筛板塔，漏液v0,min==（5）液泛为了避免塔内出现液泛现象，降液管内液层高度HdH苯-甲苯物系属一般物系，取φ=0.5，则φ而H板上不设进口堰，ℎdℎdHd=故本设计中不会发生液泛现象。4.6塔板负荷性能图4.6.1精馏段塔板负荷性能图（1）漏液线通过整理数据知vs,min=7.332.44+8.62Ls表4.2精馏段漏液线数据表L0.020.040.060.08V12.8313.5914.1714.69由表中数据即可作出漏液线1。（2）液沫夹带线以ev=0.1kg液/kg气e整理得Vs−Ls的关系为：Vs=46.39−101.43Ls2/3表4.3精馏段液沫夹带线数据表L0.020.040.060.08V38.8934.5530.8727.68由表中数据即可作出液沫夹带线4。（3）液相负荷下限线对于平直堰而言，我们取堰上液层高度how作为符标准的最小液体，得hh取E=1，则L由此可作出液相负荷下限线2。（4）液相负荷上限线降液管中取液体的停留时间下限为θ=4s，通过下式计算得：θ=L由此可以作出液相负荷上限线3。（5）液泛线通过整理数据可知：V在操作允许范围内，取几个任意的Ls值，并通过整理出的Vs−L表4.4精馏段液泛线数据表L0.020.040.060.08V41.5338.1734.8531.3由上表数据即可作出液泛线5。故通过漏液线1，液相负荷下限线2，液相负荷上限线3，液沫夹带线4，液泛线5可作出精馏段塔板的负荷性能图，如图4.1所示。图4.1精馏段塔板负荷性能图将所设计筛板的主要结果汇总于表4.5。表4.5精馏段所设计筛板的主要结果序号数值平均温度t138.25℃平均压力p111.96kpa气相流量V4.049m液相流量L0.0169m实际塔板数N41块有效段高度Z18m塔径D2.7m板间距ℎ0.45m溢流形式双溢流降液管弓形堰长l1.782m板上液层高度ℎ100mm堰上液层高度ℎ0.031m堰高ℎ0.069m降液管底隙高度ℎ0.038m安定区宽度W0.07m边缘区宽度W0.03m开孔区面积A4.642m筛孔数目n954筛孔直径d25mm孔中心距t75mm开孔率∅11.11%空塔气速v0.872m/s筛孔气速u0.70749m/s每层塔板压降∆p450.58kpa负荷上限液泛控制负荷下限漏液控制液沫夹带e0.00113kg液/kg气4.6.2提馏段塔板负荷性能图（1）漏液线v在操作允许范围内，取几个任意的Ls值，通过Vs−L表4.6提馏段漏液线数据表L0.020.040.060.08V10.1510.8011.3411.63由上表即可作出漏液线1。（2）液沫夹带线V在操作允许范围内，取几个任意的Ls值，通过Vs−L表4.7提馏段液沫夹带线数据表L0.020.040.060.08V39.5635.9032.7130.04由表中数据即可作出液沫夹带线4。（3）液相负荷下限线对于平直堰而言，我们取堰上液层高度how作为符标准的最小液体，得hhow取E=1，则L由此作出液相负荷下限线2。（4）液相负荷上限线降液管中取液体的停留时间下限为θ=4s，通过下式计算得：θ=L根据此作出液相负荷上限线3。（5）液泛线V在操作允许范围内，取几个任意的Ls值，通过Vs−L表4.8提馏段液泛线数据表L0.020.040.060.08V28.8326.7224.6022.50由上表数据即可作出液泛线5。故通过漏液线1，液相负荷下限线2，液相负荷上限线3，液沫夹带线4，液泛线5可作出提馏段塔板的负荷性能图，如图4.2所示。图4.2提馏段塔板负荷性能图第5章化工安全与环境保护5.1化工安全苯乙烯为无色透明的油状液体，性质较为稳定，在制造合成橡胶、离子交换树脂和塑料等方面很常见。当呼吸道接触到苯乙烯时，会有强烈刺激感和麻醉感，长期接触会有肺部病变的现象。若感到有头痛、忧郁、健忘等症状，则初步诊断为苯乙烯慢性中毒。要将苯乙烯深度中毒人员转移到空气新鲜的安全地带，脱去其被污染的外衣，冲洗被污染的皮肤，用大量水冲洗眼睛、淋洗全身、漱口。中毒人员要大量饮水，不能催吐，且需立即到医院接受治疗ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>晏亮亮</Author><Year>2015</Year><RecNum>105</RecNum><record><rec-number>105</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="f9tv5fzd8vzzfwepvzovae0ppxz0arw00dvr">105</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">晏亮亮</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">年产10万吨苯乙烯工艺设计资料</style></title></titles><dates><year><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">2015</style></year></dates><publisher><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">酒泉职业技术学院</style></publisher><work-type><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">本科</style></work-type><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19]。苯乙烯和酸性催化剂可以发生剧烈的聚合反应，并且伴有大量的热。若苯乙烯蒸气与空气形成爆炸性混合物在低处扩散时遇火会引燃。其燃烧分解产物是一氧化碳和二氧化碳。苯乙烯若起火，救援人员应尽可能将苯乙烯容器从火场移至空旷处，喷水冷却容器直至灭火结束，苯乙烯起火多用泡沫、二氧化碳做灭火剂进行处理。接触苯乙烯的作业人员，当空气中苯乙烯浓度超标时，要佩戴过滤式防毒面具、化学安全防护眼镜、防苯耐油手套，穿防毒物渗透工作服。苯乙烯泄漏或火灾事故的救援人员要佩戴空气呼吸器。苯乙烯的生产现场禁止吸烟、进食和饮水。5.2环境保护苯乙烯作为化工原料用途十分广泛，90%以上的工艺都采用乙苯生产苯乙烯，用乙苯做原料，在一定的反应条件和催化剂的催化作用下，反应生成苯乙烯和苯、甲苯、氢气等，反应产物经过多级的换热冷却后，仍未被冷凝的气体视为乙苯脱氢的尾气来处理，主要含氢气、二氧化碳、一氧化碳、水、甲烷及少量芳烃，通常将其作为苯乙烯装置蒸汽过热炉的燃料[20]。（1）废气：主要是氢气，可用作填料、火箭燃料等。（2）废渣：主要是焦油，经分离、提纯会分离出多种产品加以利用。可以用于涂料、医药、染料中间体等。（3）废液：生产工程中排放出来的工艺废水、冷却水等都称为化工废水。如果这些废水不经处理就被排放，会对水体和土壤造成污染，危害人类的身体健康，甚至阻碍社会经济的发展。在本工艺中废液主要是含有钠盐、苯