年产54万吨苯乙烯精馏工段工艺设计毕业设计.docx

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年产54万吨苯乙烯精馏工段工艺设计毕业设计

北京理工大学珠海学院

课程设计任务书

一、课程设计题目年产54万吨苯乙烯精馏工段工艺设计

二、课程设计内容

1．文献检索、分析、综述设计项目的目的和意义；

2．工艺方法选择及其论证；

3．工艺流程设计及论证；

4.物料衡算、热量衡算；

5.部分设备的选型及管路设计；

6.绘制工艺流程图、车间平面布置图、车间设备布置图；

7．撰写、排版设计说明书。

三、进度安排

第10周：

课程设计动员，下达任务书；

第11周（业余时间）：

查阅文献、综述设计项目的目的和意义；确定生产方法和生产工艺流程，结合实际工程内容，收集所需资料及相关技术与法律规范标准，从技术可行性和经济合理性两方面确定设计思路。

第12周（业余时间）：

物料衡算；

第13周（业余时间）：

热量衡算；

第14周（业余时间）：

部分设备的选型及管路计算；

第15周（业余时间）：

按相应工艺设计要求，依据资料、方案、估算等资料与指标着手正式编设计书，具体参照《化工设计》相关内容中的要求。

第16-17周（业余时间）在设计基础上进行车间工艺平面设计流程图和绘制平面布置图，带控制点的流程图等。

第18周：

整理说明书，并提交。

第19周（1整天）：

答辩。

四、基本要求

1．学生要刻苦钻研，勇于创新，独立完成课程设计任务，不准弄虚作假、抄袭别人的成果，保质保量地完成课程设计的任务。

2．严格遵守纪律，在指定的地点进行课程设计，不得擅自带离学校。

3．自觉遵守教室使用的相关规则，定期打扫课程设计工作现场的卫生，保持良好的工作环境。

4．课程设计成果及资料按时提交。

5.认真准备答辩。

教研室主任签名：

2013年5月9日

年产54万吨苯乙烯车间乙苯精馏工段的工艺设计

摘要

本设计是以年产54万吨苯乙烯为生产目标，采用乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。

本文针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算，热量衡算，然后根据物料平衡分别对循环苯塔、乙苯塔的进料量，塔顶、塔底出料量进行物料衡算。

根据热力学定律，对乙苯塔进行热量衡算，求得泡点、露点，理论塔板数、实际塔板数以及最小回流比。

并根据设计要求，对乙苯塔的塔径，塔高、塔顶冷凝器、塔底再沸器，理论上进行了尺寸计算及选择。

并且分别对精馏段、提馏段进行了校核。

满足设计要求，达到所需要的工艺条件。

本着理论联系实际的精神。

本文对整个工艺流程及车间生产进行了经济技术分析，其中包括各部件的材质、用料量的选择的经济评价、设备投机及投资回收期的计算。

本设计主要由脱氢反应和精馏两个工序系统所组成。

乙苯脱氢反应在绝热固定床反应器中进行，反应物送至精馏工序。

先经乙苯—苯乙烯塔分离出乙苯（含苯、甲苯）和粗苯乙烯（带重组分及焦油）。

乙苯馏分送苯--甲苯塔分成苯、甲苯馏分和回收乙苯，回收乙苯返回脱氢工序。

粗苯乙烯送精馏塔分成精苯乙烯和焦油。

关键词：

乙苯塔；物料衡算；热量衡算；精馏

WITHANANNUALPRODUCTIONCAPACITYOF540，000TONSOFSTYRENEETHYLBENZENEDISTILLATIONPROCESSDESIGNPROCESS

ABSTRACT

Thedesignisbasedonanannualoutputof540，000tonsfortheproductionofstyreneethylbenzenedehydrogenationusingstyreneintheprocess，Processforthewholeprocessdesignandequipmentselection．Basedonthedesignrequirementsoftheentireprocessofthematerial

balanceandenergybalance．Accordingtothematerialbalancewerecirculatingtowerbenzene，ethylbenzenefeedingtower，thetowerbottomoutfeedmaterialaccountancy．Accordingtothelawsofthermodynamics，rightethylbenzenetoweroftheheatbalance．Throughonthedriver,andseekbubblepoint，dewpoint，thetheoryofplatenumbers，theactualplatenumberandtheminimumrefluxratio．AndbasedonthedesignrequirementsofethylbenzeneTowerishightothetowerpath，towercondenserandreboilerbottom，theoreticalcalculationofthesizeandchoice．Respectivelydistillationoftheright，stripperofthecheck．Asfaraspossibletomeetthedesignrequirementstoachievetherequiredconditions．

Intheorywithpracticalspirit．Inthispaper,thewholeproductionprocessandconductworkshopsoneconomicandtechnicalanalysis，whichincludespartsofthematerial，feedwiththechoiceofeconomicevaluation，equipmentandspeculativeinvestmentpaybackperiodcalculations．

KEYWORDS：

ethylbenzenetower；materialbalance；energybalance；Distillation

1绪论

1.1苯乙烯的介绍

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、丙烯腈．丁二烯．苯乙烯（ABS）树脂、苯乙烯．丙烯腈共聚物树脂（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。

1.2苯乙烯性质及用途

苯乙烯（SM）是一种重要的基本有机化工原料，分子式

，结构式

是不饱和芳烃最简单、最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。

如结晶型苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶（SBR）。

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。

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。

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。

50年来，苯乙烯生产技术不断提高，到50年代和60年代已经成熟，70年代以后由于能源危机和化工原料价格上升以及消除公害等因素，进一步促进老工艺以节约原料、降低能耗、消除三废和降低成本为目标进行改进，取得了许多显著成果，使苯乙烯生产技术达到新的水平。

除传统的苯和乙烯烷基化生产乙苯进而脱氢的方法外，出现里Halcon乙苯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺，其中环球化学∕鲁姆斯法的UOP∕Lummus的“SMART”SM工艺是最先进的，通过提高乙苯转化率，减少了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；采用氧化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。

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。

2生产流程的选择

2.1主要生产工艺

2.1.1环球化学∕鲁姆斯（ABBLummus/UOP）法

以乙苯为原料，采用脱氢反应器，由开始的单级轴向反应器，中间经历开发了双级轴向反应器到双径向反应器再到双级径向反应器的各种组合优化的多种反应器；反应器的操作压力有开始的正压发展到今天的负压；汽油比有开始的2.5:

1发展到今天1.3：

1；蒸汽消耗由开始的10kg∕kgSM发展到今天的4kg∕kgSM。

UOP∕Lummus的ClassicSM流程中乙苯脱氢工艺装置主要有蒸汽过热炉、绝热型反应器、热回收器、气体压缩机和乙苯∕苯乙烯分离塔。

过热炉将蒸汽过热至800℃而作为热引入反应器。

乙苯脱氢的工艺操作条件为550～650℃，常压或减压，蒸汽∕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工艺是在ClassicSM工艺基础上发展的一项新工艺，即在工艺ClassicSM工艺的脱氢反应中引入了部分氧化技术。

可提高乙苯单程转化率达80%以上。

“SMART”技术的优点在于，通过提高乙苯转化率，减少了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产能力提高，减少了分离部分的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后减少了副反应的发生；采用氧化中间加热，由反应物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。

该技术可用于原生产装置改造，改造容易且费用较低。

目前采用“SMART”工艺SM装置有3套在运行。

图2-2Lummus的SMART乙苯脱氢工艺流程图

2.1.2Fina∕Badger法

Badger工艺采用绝热脱氢，蒸汽提供脱氢需要的热量并降低进料中乙苯的分压和抑制结焦。

蒸汽过热至800～900℃，与预热的乙苯混合再通过催化剂，