10万吨年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计与实现可行性方案Word文档下载推荐.docx
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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
甲苯
苯
∑
1、2、3
99%
0.8%
0.2%
100%
4、5、6
98%
1.2%
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%
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*105Pa（绝）
3、选择性：
C8H10→C8H8+H2
（1）
C8H10→C6H6+C2H4
（2）
C8H10+H2→C7H8+CH4（3）
（1）90%
（2）3%
（3）7%
（1）92%
（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=2m
（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=0.7η2=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*105Pa，出口压力为1.2*105Pa，平均压力为1.5*105Pa，压降ΔP=0.6*105Pa。
（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*4.18kJ
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
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
常数名称
计量单位
常数值
备注
1
分子量
106.167
2
液体比重
0.882
0℃
3
沸点
℃
136.2
101325Pa
4
熔点
-94.4
5
液体热容量
kJ/（kgK）
1.754
298.15K
6
蒸汽热容量
Kcal/（kgK）
0.285
27℃
7
蒸发热
kJ/mol
35.59
正常沸点下
8
液体粘度
104kgSee/M2
0.679
20℃
9
生成热
Kcal/mol
2.98
10
在水中溶解度
11
燃烧热
1101.1
气体
12
闪点
15
13
自然点
553.0
14
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+O2C6H5COCH3+H2O
C6H5COCH3+H2C6H5CHOHCH3
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：
C6H5C2H5+O2C6H5CHOOHCH3
C6H5CHOOHCH3+CH3CHCH2C6H5CHOHCH3+C3H6O
C6H5CHOHCH3C6H5CHCH2+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+O22C6H5CHCH2+2H2O
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，氧化锗，钨、铬、铌、钾、锂等混合氧化物，钼酸铵、硫化钼及载在氧化镁上的钴、钼等。
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
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