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1、工艺技术苯乙烯装置精馏工段 的工艺设计 工艺技术苯乙烯装置精馏工段 的工艺设计 设计任务书 一一设计题目:设计题目:年产 3 万吨苯乙烯装置精馏工段的工艺设计 二设计的原始数据设计的原始数据： 1.生产能力：年产 3 万吨 2.生产时间：330 天/年 3.单程转化率：55% 4.原料及产品规格: 原料规格(乙苯) 组成苯甲苯乙苯苯乙烯二乙苯 Wt%0.150.4298.111.310.01 产品规格(苯乙烯) 组成乙苯苯乙烯二乙苯 Wt%0.2599.60.15 5.反应方程式: 主反应:乙苯苯乙烯氢气 副反应:乙苯苯乙烯 乙苯甲苯甲烷 6.原料配比: - C H =C H2 H2 C H2
2、C H3- +117. 8 KJ/ m ol - _ CH3 +H2 C2H5- - 54. 5 KJ/m ol+ C HH H 4 + C2H4 105 KJ/m ol -C2H5 水蒸气:乙苯 2.6:1 一次配气 1:0.38 二次配气 1:1.48 三次配气 1:0.74 7.说明: 为了简化计算,假设混合原料中二乙苯不参加化学反应,并且无结焦,过 程的物系按理想气体或理想溶液处理,冷凝回收系统 3%损失,精苯乙烯塔 的收率是 97.4%.粗苯乙烯塔的收率是 95.39%. 三设计要求:三设计要求: 1.编制设计说明书 (1).流程的确定及说明 (2).设备的物料衡算 (3).设备的热
3、量衡算 (4).塔的工艺计算及主体设备计算 (5).绘制塔板负荷性能图 (6).设计参考文献 2.绘制系统工艺流程图 四指导教师：四指导教师： 五设计时间：五设计时间：2008 年 4 月 目录目录 前言前言 - -5 一.物料衡算物料衡算 -11 1.1乙苯蒸发器物料衡算 -11 1.2乙苯过热器物料衡算 -11 1.3反应器物料衡算 -11 1.4循环水冷却器物料衡算 -12 1.5油水分离器物料衡算 -13 1.6粗苯乙烯塔物料衡算 -14 1.7精苯乙烯塔物料衡算 -15 1.8循环乙苯塔物料衡算 -15 1.9苯,甲苯塔分离塔物料衡算 -16 二.热量衡算热量衡算 -17 2.1脱氢
4、反应器的热量衡算 -17 2.2乙苯过热器的热量衡算及选型 -19 2.3废热锅炉的热量衡算及选型 -21 2.4乙苯蒸发器的热量衡算及选型 -22 2.5水冷却器的热量衡算及选型 -25 2.6冷凝器的热量衡算及选型 -26 2.7粗笨乙烯塔热量衡算及选型 -28 2.8循环乙苯塔热量衡算及选型 -30 2.9精苯乙烯塔热量衡算及选型 -32 三.粗苯乙烯塔的设计计算粗苯乙烯塔的设计计算 -33 3.1塔的工艺计算部分 -34 3.2塔的设备计算部分 -37 四.参考文献参考文献 -51 前言前言 苯乙烯英文名称：StyreneMonomer，分子式，是苯环侧链上 带有双键的一种芳烃， 它是
5、不饱和芳烃中十分普通但有十分重要的一员。 被广泛地用作生产塑料和合成橡胶的原料， 在国民经济中占有举足轻重 的地位。 苯乙烯的化学结构式如下： 或者 苯乙烯又名乙烯基苯，系无色至黄色的油状液体。具有高折射性和 特殊芳香气味。沸点为 145，凝固点30.4，难溶于水，能溶于甲 醇、乙酸及乙醚等溶剂。在高温下容易裂解和燃烧，生成苯、甲苯、甲 烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氢气等。苯乙烯蒸气与空气能形 成爆炸混合物，其爆炸范围为 11601。它具有乙烯基烯烃的 88H C CH=CH2 CH=CH2 性质，反应性能极强，如氧化、还原、氯化等反应均可进行，并能与卤 化氢发生加成反应。苯乙烯暴露于空
6、气中，易被氧化成醛、酮类。苯乙 烯易自聚生成聚苯乙烯（PS） 树脂。也易与其他含双键的不饱和化合物 共聚。 苯乙烯最大用途是生产聚苯乙烯，另外苯乙烯与丁二烯、丙烯腈共 聚，其共聚物可用以生产 ABS 工程塑料；与丙烯腈共聚可得 ABS 树脂； 与丁二烯共聚可生成丁苯乳胶或合成丁苯橡胶。同时，苯乙烯还广泛被 用于制药、涂料、纺织等工业。例如：苯乙烯能自聚成苯乙烯树脂，它 是一种很好的塑料，具有绝缘性，耐水性，又具有良好的透光性和成型 性能。可用于制造高频绝缘材料，光学器材，日用品等，二战期间对合 成橡胶的迫切需要促进了苯乙烯生产工艺和方法的不断改进及飞速发 展， 战后塑料工业和汽车工业的兴起又加
7、速了苯乙烯的生产技术革新步 伐。 如今苯乙烯已经发展成石油化工领域的大吨位基本有机原料， 它被 用来合成各种合成树脂，不饱和聚脂树脂等，广泛应用于汽车制造，家 用电器和玩具制造等工业部门。 苯乙烯和丁二烯制成的橡胶大量用于轮 胎制造和纺织造纸等，丁苯嵌段其聚物 SBS 热塑性弹性体，用于制造鞋 等轻工，手工部门。 上述这些产品都是与人类日常生活息息相关的， 市场需要量也是十 分巨大的。这是发展苯乙烯生产的根本原因，目前，世界上苯乙烯的生 产能力已达到 1177 万吨/年，而我国的生产能力却只有 40 万吨/年。因 此，我国很有必要发展苯乙烯生产工艺及技术。 生产方法的选择 工业生产苯乙烯的方法
8、除传统乙苯脱氢的方法外， 出现了乙苯和丙 烯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺、 乙苯气相脱氢工艺等新的工业生 产路线，同时积极探索以甲苯和裂解汽油等新的原料路线。迄今工业上 乙苯直接脱氢法生产的苯乙烯占世界总生产能力的 90，仍然是目前 生产苯乙烯的主要方法，其次为乙苯和丙烯的共氧化法和催化脱氢法 由于乙苯脱氢受平衡的限制需高温，并大量采用水蒸气，使生产成 本增高， 采用此方法为放热反应， 可不受平衡限制， 同时也降低了能耗。 鉴于此方法技术上成熟权衡各种方法的利弊。 本次设计采用了在负压操 作条件下的乙苯脱氢制苯乙烯法。 工艺流程的确定 1. 乙苯脱氢工段流程简述 L-301 使用液体和气体燃
9、料，烃化焦油作为液体燃料，由于精馏 B-207 送来进入 R-301 燃料油罐，在此通过蛇管内的蒸汽加热后由 B-301 燃料油泵送至 L-301 火嘴处燃烧加热炉管，通过调节其流量来控 制一段过热蒸汽出口温度，气体燃料是来自中冷的 C2 燃料经调节减压 后，进入燃料气缸，燃料气靠自身压力去 L-301 火嘴燃烧。 2. 精馏苯乙烯工段简述 炉油自中仓油泵或脱氢工序 B-301ab 来， 经 H-402 炉油预热分别与水蒸 气换热至 835，FRC-404 控制流量进入 H-403 粗笨乙烯塔顶冷凝器与 循环水换热，冷凝液流入 R-401 回流罐，未凝部分经 H-404 粗笨乙烯塔 盐冷器进一
10、步冷凝至 R-401，不凝气至粗笨乙烯塔尾气真空系统，冷凝 液由 R-401 流出至 B-401 粗笨乙烯塔回流泵，一部分打入 F401 塔顶采 出成为 T-403 循环乙苯进料。 3. 三废处理 （1）化学污水的处理 化学污水是粗， 精苯乙烯塔的真空系统和冷凝后的脱氢系统利用闪 蒸的方式回收芳烃后，芳烃的含量在 2100PPM 一下，处理后的化学污水 排放掉。 （2）尾气的处理 脱氢尾气主要含氮气，水环压缩机后，直接并入燃料管网作燃料使用。 4. 水电应用 （1）水的应用 工业水（一次性使用） 用于接触反应，水洗，水解，机泵等工序，用后 经处理排放。 循环水（循环使用）：主要用于冷凝冷却设备
11、。 软化水：用于流段内和废热锅炉。 （2）电的应用 主要用于机泵照明。 5. 安全措施 （1）L-301 没有专用消防设备，由各火嘴入燃烧室，另外在炉底部访 友蒸气防火圈。 （2）设置专用消防器材，分布在脱氢装置危险点。 （3）各放空线设有防火装置。 （4）泵房内设有消防系统。 （5）电气设备均采用防暴型。 （6）压力系统没有安全阀。 （7）设备管道建筑物根据不同情况，分别采用静电接地，工作接地和 避雷接地。 （8）泵房设有机械通风。 主要操作条件确定及产品的技术规格 乙苯脱氢反应需控制的主要操作参数及反应温度，压力，水蒸气用量和 原料的烃空速。 1. 反应温度 反应温度高虽有利于脱氢反应和加
12、快反应速度，提高烃转化率， 但温度过高活化能比脱氢反应高的裂解等副反应速度加快更多， 使选 择性下降， 同时由于温度过高产物聚合生焦的副反应也加快使催化剂 失活速度加快，再生周期短。因此反应温度一般控制在 600630。 2. 操作压力 由于受到热力学因素的影响降低操作压力和减少系统压力降对 脱氢反应有利最好在减压下操作， 但减压操作对设备要求高， 使设备 费增加， 故工业均在略高于常压下操作， 为了尽可能采用低压操作系 统压力降应尽可能小。 3. 水蒸气和烃的用量比 为了提高平衡转化率，用水蒸气作稀释剂，其作用降低了烃 分压改善平衡达到较高转通过与催化剂表面的积炭发生水煤气反 应达到清焦目的。维持了 CAT 活性，提供了反应所需热量，但用 量大，虽对上述三方面都有利，但能耗大，适宜配气比为(g)/ 烃=2.6 4. 空速的影响 空速小，转化率高，但副反应的进行使选择性下降，催化剂表面的结焦 量大，同时由于空速小，生产能力受到限制，但空速过大转化率小，未 转化的原料回收，循环量大，能耗增大，故综合考虑。 （四）工艺流程图 （1）乙苯脱氢部分的工艺流程如下图所示 OH2 （2）苯乙烯的分离与精制部分的工艺流程如下图所示 一.物料衡算 1.1 乙苯蒸发器物料衡算 F=(310733
