完整版年产15万吨乙苯工艺设计毕业设计.docx

完整版年产15万吨乙苯工艺设计毕业设计.docx

《完整版年产15万吨乙苯工艺设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版年产15万吨乙苯工艺设计毕业设计.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

完整版年产15万吨乙苯工艺设计毕业设计

年产15万吨乙苯工艺设计

年产15万吨乙苯工艺设计

摘要:

苯和乙苯是化工行业的基本原料，苯—乙苯—二乙苯不能形成恒沸点的混合物，所以乙苯精制可直接采用传统的精馏法制备高纯度（98%）的乙苯溶液，本设计进行苯—乙苯—二乙苯的分离，采用直径为0.7米、高11米的浮阀精馏塔，选用效率较高、结构简单、加工方便的单溢流方式、并用了弓形降液盘蒸馏是分离液体混合物最早实现工业化的典型单元操作.蒸馏分离的依据是通过加热液体混合物建立两相体系，利用溶液中个组分挥发度的差异实现组分分离或提纯的目的。

正是从分利用这些特点才能很好的把液液混合物很好的分离开来。

关键词：

乙苯精制；苯；二乙苯；蒸馏；浮阀精馏塔

Theprocessdesignof150kt/aethylbenzenerefiningprocessaftertheprocess

Abstract:

benzeneandethylbenzeneisthebasicmaterialsofchemicalindustry,themixtureofbenzene,ethylbenzenecan'tformaconstantboiling,socanbedirectlyusedtraditionaldistillationofthepreparationofhighpurityethylbenzenesolution,thedesignoftheseparationofbenzene,ethylbenzene,therectificationtoweris0.6metersand11metersindiameter,withhighefficiency,simplestructure,convenientprocessingsinglereliefway,andusedabowdowntraydistillationistheseparationofliquidmixturesonthetypicalunitoperationsofrealizingtheindustrializationoftheearliest.Thebasisofadistillationseparationwasestablishedbyheatingtheliquidmixturetwo-phasesystem,usingthevolatilityofacomponentinthesolutiondifferencesbetweentherealizationoftheaimofcomponentseparationandpurification.Itisfrompointsandtakeadvantageofthesecharacteristicscanbeverygoodgoodseparationofthemixtureoftheliquid.

Keywords:

ethylbenzenerefined；benzene；diethylbenzene；distillation；floatvalvecolumn；

摘要………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ

引言………………………………………………………………………………1

第一章综述………………………………………………………………………2

1.1前言……………………………………………………………………2

1.2粗乙苯总概述……………………………………………………………2

1.2.1物化性质………………………………………………………………3

1.2.2市场供需情况………………………………………………………3

1.3粗乙苯生产工艺技术……………………………………………………4

1.3.1分子筛气相法…………………………………………………………4

1.3.2以为催化剂生产乙苯的工艺……………………5

1.3.3催化精馏制乙苯工艺…………………………………………………5

1.3.4改良的法………………………………………………………5

1.3.5国内利用干气中的乙烯制乙苯工艺技术……………………………6

1.4 干气的分离技术………………………………………………………7

1.4.1深冷分离法……………………………………………………………8

1.4.2中冷油吸收法…………………………………………………………8

1.4.3 金属络合分离法………………………………………………………8

1.4.4 吸附分离法……………………………………………………………9

1.4.5 膜分离法………………………………………………………………9

1.4.6 膨胀机法………………………………………………………………10

1.4.7 水合物分离法…………………………………………………………10

1.4.8 其它分离方法…………………………………………………………10

1.5乙苯精制工艺流程………………………………………………………10

1.6乙苯生产工艺简介………………………………………………………10

第二章系统的物料衡算……………………………………………………12

2.1总物料衡算………………………………………………………………12

2.1.1计算基准………………………………………………………………12

2.1.2物料总衡算……………………………………………………………12

2.1.3生产能力换算…………………………………………………………12

2.1.4粗乙苯中各组分及含量……………………………………………12

2.1.5各组分的物性………………………………………………………12

2.1.6不同塔径的板间距…………………………………………………14

2.1.7分离工艺流程图……………………………………………………14

2.2苯塔物料衡算…………………………………………………………14

2.2.1入口组成……………………………………………………………14

2.2.2苯塔物料衡算………………………………………………………15

2.3乙苯塔物料衡算………………………………………………………16

第三章热量衡算……………………………………………………………18

3.1粗苯塔顶热量衡算……………………………………………………19

3.2粗苯塔釜热量衡算……………………………………………………19

第四章粗苯精馏塔的设计………………………………………………20

4.1相对挥发度计……………………………………………………………20

4.2理论板数和进料板确定…………………………………………………21

4.3实际板数和实际进料位置确定…………………………………………22

4.5精馏段与提留段气液负荷确定…………………………………………24

4.6塔径工艺尺寸计算………………………………………………………25

4.6.1塔径计算………………………………………………………………25

4.6.2精馏段塔径的计算……………………………………………………26

4.6.3提馏段塔径的计算……………………………………………………27

4.7溢流装置计算……………………………………………………………28

4.7.1溢流堰长……………………………………………………………28

4.7.2出口堰高……………………………………………………………30

4.7.3降液管底隙高度………………………………………………………30

4.8精馏塔有效高度的计算…………………………………………………31

4.9塔板流体力学验算………………………………………………………32

4.10塔板负荷性能计算……………………………………………………35

第五章辅助设备的计算及选型……………………………………………40

5.1裙座………………………………………………………………………40

5.2冷凝器的选择……………………………………………………………40

5.3再沸器的选择……………………………………………………………40

5.4料液泵的选择……………………………………………………………41

设计结论…………………………………………………………………………42

致谢………………………………………………………………………………44

参考文献…………………………………………………………………………45

附录A乙苯精制后工序工艺流程图

附录B乙苯精馏塔设备图

附录C苯塔负荷性能图

引言

乙苯是重要的基本有机原料之一，约99.9%用于生产苯乙烯，少量用作溶剂、稀释剂及生产二乙苯等。

主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品—聚苯乙烯。

苯乙烯可用于生产聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯、工程塑料、丁苯橡胶和丁苯胶乳等合成材料。

尽管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。

乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。

乙苯也存在与某些颜料中。

本设计在《化工原理》、《分离工程》的基础上进行物料衡算和热量衡算，通过理论数据省材料、效率高的生产设备，以达到年产15万吨的生产要求，做到高能节效。

主要采用理论计算的方法对乙苯精馏工段的工艺进行设计。

本设计主要通过《化工机械基础》进行粗苯精馏装置的设计，依次设计封头、塔壁厚、进料管、裙座、釜液管等。

重点进行了粗苯精馏塔内部结构的设计。

通过此次设计，加深对乙苯实际精制工艺了解，提高了对塔设备设计的水平。

第1章综述

1.1前言

毕业设计是化学工程与工艺类相关专业学生学习课程必修的三大环节之一，起着培养学生运用综合基础知识解决工程问题和独立工作能力的重要作用。

化学工业中塔设备是化工单元操作中重要的设备之一。

塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类[1]。

前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。

一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。

在各种塔型中，当前应用最广泛的是浮阀塔[8]。

化学工业和石油工业中广泛应用的诸如吸收、解吸、精馏、萃取、增湿、减湿等单元操作中，精馏操作是最基本的单元操作之一，它是根据混合液中各组分的挥发能力的差异进行分离的[8]。

蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一，蒸馏的理论依据是利用溶液中各组分蒸汽压的差异，即各组分在相同的压力、温度下，其探发性能不同（或沸点不同）来实现分离目的[2]。

例如，设计所选取的苯-乙苯体系,加热苯[3]（沸点80.1℃）和乙苯[3]（沸点136.2℃）的混合物时，由于苯的沸点较乙苯低，即苯的挥发度较乙苯高，故苯较乙苯易从液相中汽化出来。

若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将苯和乙苯分离。

这多次进行部分汽化成部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就是精馏。

本次设计就是针对苯与乙苯体系而进行的常压筛板塔的设计及其辅助设备的选型。

筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右[2]。

处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

塔板效率高，比泡罩塔高15％左右[2]。

压降较低。

缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。

本次设计对筛板塔的工艺过程和结构进行了比较全面的设计，并对其他辅助设备如冷凝器、泵的选型做了计算。

通过本次对筛板精馏塔的设计，使我们初步掌握了化工设计的基本原理和方法。

培养了独立思考，事实求是，综合运用所学知识，解决实际问题的能力。

1.2粗乙苯总概述

粗乙苯是苯与乙烯烷基化反应的产物，主要组成有苯,占比重65%左右，乙苯（30%—39%），多乙苯占3%左右（含二乙苯，三乙苯，及焦油）。

其中二乙苯是一种经济价值较高的副产品[4]。

焦油可以作为燃料。

乙苯是重要的基本有机原料之一，约99.9%用于生产苯乙烯，少量用作溶剂、稀释剂及生产二乙苯等。

乙苯是具有芳香味的可燃液体，沸点为136.2℃。

炼油厂的重整装置和烃类裂解制乙烯是都有乙苯生成，但产量低，分离提纯困难。

通常都采用乙烯与苯反应合成乙苯。

乙苯绝大部分用于制苯乙烯。

苯乙烯可用于生产聚苯乙烯（PS）、发泡聚苯乙烯（EPS）、工程塑料（ABS）、丁苯橡胶（SBR）和丁苯胶乳等合成材料。

2008年全球乙苯生产能力约31350万t，消费量约为3200万t。

1.2.1物化性质

乙苯（ethylbenzene）是一种芳烃。

分子式C6H5C2H5，无色液体，有芳香气味。

熔点（℃）-94.9，沸点（℃）136.2，相对密度（水=1）:

0.87，闪点（℃）15，爆炸极限1.0%~6.7%，不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。

存在于煤焦油和某些柴油中。

易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。

遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。

乙苯的主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品—聚苯乙烯。

尽管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。

乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。

乙苯也存在与某些颜料中。

苯是没有颜色,带有特殊气味的液体。

带有特殊气味的液体，苯有毒,不溶于水，密度比水小,不溶于水,密度比水小，苯有毒不溶于水密度比水小，熔点为5.5℃，沸点为80.1℃。

用冰冷却，苯凝结成无色的晶体。

用冰冷却，苯凝结成无色的晶体。

苯是一种重要的化工原料，苯是一种重要的化工原料，它广泛用于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、于生产合成纤维、合成橡胶、塑料、农药、医药、医药、染料和香料等。

苯也是常用的有机溶剂。

1.2.2市场供需情况

据统计，2002年全球乙苯消费量[5]为2524.5万吨，其中2521.8万吨用于苯乙烯生产，占消费总量的99.89%，其余用作溶剂及其它。

2006年全球乙苯消费量达到2926.7万吨。

2008年全球乙苯消费量约为3200万吨。

由于大多数乙苯生产商拥有乙苯/苯乙烯联产装置，年全球乙苯需求量将达到3429.7万吨，2015年达3780万吨。

2008年我国苯乙烯产能为251.4万吨/年，由于全部采用乙苯脱氢工艺，故以此推算国内乙苯产能为271.5万吨/年。

近期国内拟新建苯乙烯产能[6]为15l万吨/年，乙苯产能将达163万吨/年。

国内苯乙烯扩能情况为：

汕头海洋公司40万吨/年，拟建；扬子BASF苯乙烯系列公司18万吨/年，拟扩建；台湾苯乙烯单体公司15万吨/年，拟扩建；上海高桥石化公司10万吨/年，拟建；南京金陵石化公司6万吨/年，拟建；中国金盛合资公司20万吨/年，拟建；中石化广州石油化工公司8万吨/年，拟建；青岛炼油化工有限责任公司9.0万吨/年，2010年完成；常州新日化工25万吨/年，2010年完成。

乙苯[7]可由炼油厂有关生产装置（如催化重整、催化裂化和热裂化）得到的C8芳烃馏分中获得（约占C8芳烃的15%～25%），但量少（不足乙苯总生产量的10%），90%以上的乙苯是由苯与乙烯经烷基化（工厂中常称烃化）制得的，其下游产品主要是苯乙烯，大多数生产企业为乙苯—苯乙烯装置，乙苯作为中间产品，苯乙烯为最终产品，石化行业大多都是这样。

1.2.3价格及运输情况

乙苯纯度>99%报价在5000元/吨左右。

乙苯纯度>99.9%报价在7500—8000元/吨左右，价格基本与苯乙烯持平。

运输距离在550公里左右，运费为200元/吨，为汽车槽车运输。

大多数的石化行业均有乙苯产品，且规模较大，一般在10万吨/年以上，最大的为中石化镇海炼化65万吨/年装置，今年5月份刚刚投产，但基本上都把乙苯作为中间产品，并不外售，作为生产苯乙烯的原料使用。

调查结果[5]显示，山东境内及周边地区销售乙苯的企业来看，大都是化工产品贸易公司以及回收乙苯废液再进行简单提取的小作坊工厂，并不是乙苯的生产厂家，且供货能力较小，供货不稳定，供货点分散。

1.3粗乙苯生产工艺技术

   利用催化干气中的乙烯生产乙苯，国外在上世纪50年代末就已开始探索，70年代进入工业化试验阶段。

其生产工艺主要有：

1.3.1分子筛气相法

   1976年由Mobil和Badger公司合作开发了以高硅ZSM-5沸石为催化剂制乙苯的气相1.42-2.84MPa，乙烯质量空速3-5。

该工艺可以用浓乙烯为原料，也可用稀乙烯混合气体为原料，但在处理催化干气或焦炉尾气原料时，对原料气中丙烯、、和等杂质的含量要求极其严格，需对原料进行严格精制，使催化剂单程寿命延长，但装置投资和能耗相对较高（苯单耗0.749t/t乙苯，乙烯0.268t/t乙苯）。

1977年建成1.6万t/a乙苯、利用炼厂气为原料生产乙苯的工业化试验装置，并首先由Shell公司于1991年在英国建成投产了16万吨/年乙苯的第一套大型工业装置。

该生产工艺不存在环境污染和设备腐蚀问题，催化剂虽易结焦失活，但可重复再生，使用寿命较长，整个反应的热效率高，但产物中二甲苯含量较高（约），影响产品的品质。

1.3.2美国UOP公司开发的以为催化剂生产乙苯的工艺

 [13]法是由UOP公司于1958年开发，1960年工业化，用负载在上的为催化剂。

可用浓度低达8%-10%（质量分数）的乙烯为原料进行烷基化反应，因此可以用处理从两个反应器出来的物料合并后进入提纯系统，成品的乙苯纯度可达99.9%。

该方法主要优点是催化剂活性高，寿命长，乙苯选择性好，无腐蚀，无污染，流程简短，能耗小，可用于低浓度乙烯的综合利用。

缺点是催化剂制备条件苛刻，费用也较贵，并容易中毒失活。

原料在反应前必须净化，要求、和等杂质的含量小于。

1.3.3催化精馏制乙苯工艺

   1990年公司开发成功催化精馏制乙苯工艺[4]，该工艺将Y型分子筛催化剂与催化蒸馏技术相结合，工艺流程与/UOP工艺类似，主要差别是将烷基化反应器与苯气提塔合二为一，可同时进行催化反应和蒸馏操作，它也适用于稀乙烯原料。

烷基化反应在液相和温和的反应条件下进行，放出的热量在催化精馏系统中被有效地移走，乙苯产率可达99.5%，催化剂再生周期可达两年。

该工艺操作条件缓和，无腐蚀，能耗较普通液相法又有进一步降低，且设备投资减少。

1.3.4改良的法

   传统法[4]存在着污染腐蚀严重及反应器内两个液相等问题，1974年公司提出了改良的法，使催化剂用量大为减少（仅为传统法的1/3），从而减少了废催化剂的处理量，且进料乙烯浓度范围可为15%-100%。

通过控制乙烯的投料，使催化剂的用量减少到处于溶解度范围内，使反应可以在均一的液相中进0.8。

当用稀乙烯为原料时，原料气中、、和均需净化至质量分数约为5×。

由于该法在降低成本上有较明显的效果，不少传统的法的装置都采用的方法进行了改造和扩建，但这种方法也只是使设备腐蚀及环境污染问题有所缓解，并未从根本上得到解决。

1.3.5国内利用干气中的乙烯制乙苯工艺技术

1.3.5.1以大连化物所为主开发的气相法技术

国内利用催化裂化干气制取乙苯的研究开发工作始于1985年末，经过催化剂研制和小试、中试工艺研究，取得了比较明显的效果。

在上述研究的基础上，1990年在中石化总公司发展部的组织下，成立了由抚顺石油二厂、中科院大连化物所和洛阳石化工程公司组成的催化裂化干气与苯烃化制取乙苯工艺技术联合开发体，对该项工艺技术进行工程开发，并于1992年7月由洛阳石化工程公司完成了抚顺石油二厂t/a乙苯装置的工程设计。

装置于1993年7月一次投产成功。

该项工艺适用于乙烯含量为10%-100%（wt）的原料气，苯单耗0.761t/tEB，乙烯单耗0.280t/tEB，但该工艺对原料气中其它杂质如丙烯、硫、水、氧等含量要求不严格，不需对原料气进行特殊精制。

该工艺技术的主要特点[13]为：

1.原料气不需特殊精制；2.催化干气不需加压，直接进入反应器，反应压力、温度较低；3.乙苯产品收率较高；4.乙烯单耗、苯单耗较低；5.生产过程无特殊“三废”排放，环境污染少；6.反应器结构简单，操作方便。

   在1993年抚顺石油二厂采用第一代技术3万吨/年干气制乙苯装置投产后，联合开发体又开发出第二代乙苯工艺技术。

应用第二代技术的林源炼油厂3万吨/年乙苯装置和大连石化公司10万吨/年乙苯两套装置已分别于1996年12月和1999年11月一次开车成功，目前装置运行正常。

第二代乙苯工艺技术和第一代乙苯工艺技术的主要区别是把烃化反应和反烃化反应分别放在两个反应器中进行，把反应产物两级吸收改为一级吸收，烃化反应苯烯比进一步提高。

采用第二代技术，乙苯产品中二甲苯的含量由一代技术的3000ppm降为2000ppm，可满足除食品级聚苯乙烯以外其它苯乙烯加工装置对原料的要求。

   在第二代技术得以成功工业化以后，联合开发体继续对已有技术进行进一步研究开发工作，于1998年底开发了第三代技术的反应部分，将气相反烃化改为液相反烃化，目的是将乙苯产品中二甲苯含量降低到1000ppm以下，满足各种苯乙烯加工装置的要求。

该项技术已在抚顺石化公司石油二厂3万吨/年乙苯装置上进行了改造及工业试验，初步试验结果表明：

乙苯产品中二甲苯含量低于1000ppm。

近几年，在已开发成功三代技术反应部分的基础上，其进一步开发出了三代技术的分离部分，形成了一套完整的三代技术，该技术特点如下：

1.增加原料气脱丙烯部分，降低装置苯耗和能耗；2.降低吸收塔吸收温度，减少烃化尾气中苯含量；3.烃化反应温度进一步降低，从而可进一步延长烃化催化剂的单程寿命，减少再生次数，减少高沸物等杂质的生成；4.增设了对于三代技术必须增设的丙苯塔；5.合理利用低温热，大大降低能耗；6.三代技术在大幅度降低苯耗、能耗的同时，投资小于原一代、二代的投资；7.产品乙苯中二甲苯含量约1000ppm。

1.3.5.2北京服装学院开发的液相法技术

   为了进一步改进干气稀乙烯制乙苯工艺，目前国内外许多机构正在研究第四代工艺即液相法工艺，其技术开发的主要目标为：

改气相烃化为液相烃化，进一步降低烃化反应的温度，以提高催化剂寿命，降低二甲苯含量及装置能耗。

   国内外很多科研机构进行过干气液相烃化技术的小试、中试研究，主要采用的工艺技术有鼓泡床和催化精馏工艺，但至今国内外尚未见干气稀乙烯液相烃化制乙苯工业化装置建设的报导。

国内研究单位以北京服装学院和大连化物所为主，其中由中国石化股份公司科技开发部组织北京服装学院开发的液相法工艺已通过600吨/年中试成果鉴定，尚待工业化装置的检验；大连化物所也已经取得模试成果。

年7月-2000年1月进行单管真实气体的模试研究，接着在燕化公司进行了600吨/年乙苯装置中试研究。

乙烯转化率≥95%，乙苯选择性≥92%，二甲苯含量<50ppm。

经2000小时中试催化剂稳定性试验，催化剂性能稳定，预期再生周期在1年以上。

该工艺技术与气相烃化工艺相比，产品乙苯中