年产10万吨苯乙烯工艺设计毕业论文

5酒 泉 职 业 技 术 学 院毕业设计（论 文） 2012 级 石油化工生产技术 专业题目: 年产十万吨苯乙烯工艺设计毕业时间： 二一五年六月 学生姓名： 晏亮亮 指导教师： 徐晶 班 级： 2012 石化（2）班 年 月 日2酒泉职业技术学院 2015 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名 晏亮亮 班级 12 石化（2）班 专业 石油化工生产技术指导教师第一次指导意见 年 月 日指导教师第二次指导意见 年 月 日指导教师第三次指导意见 年 月 日指导教师评语及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见 签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章） 年 月 日2前 言 本设计的内容为 10 万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置，包括工艺设计，设备设计及平面布置图。 本设计的依据是采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。苯乙烯单体生产工艺技术：深度减压，绝热乙苯脱氢工艺 乙苯脱氢反应在绝热式固定床反应器中进行，其特点是：转化率高，可达55%，选择性好，可达 90%。特殊的脱氢反应器系统：在低压（深度真空下）下操作以达到最高的乙苯单程转化率和最高的苯乙烯选择性。该系统是由蒸汽过热器、过热蒸汽输送管线和反应产物换热器组成，设计为热联合机械联合装置。整个脱氢系统的压力降小，以维持压缩机入口尽可能高压，同时维持脱氢反应器尽可能低压，从而提高苯乙烯的选择性，同时不损失压缩能和投资费用。 所需要的催化剂用量和反应器体积较小，且催化剂不宜磨损，能在高温高压下操作，内部结构简单，选价便宜。在苯乙烯蒸馏中采用一种专用的不含硫的苯乙烯阻聚剂。它经济有效且能使苯乙烯焦油作为燃料清洁地燃烧。 工业设计的优化和设备的良好设计可使操作无故障，从而可减少生产波动. 本设计装置主要由脱氢反应和精馏两个工序系统所组成。原料来自乙苯生产装置或原料采购部门，循环水、冷冻水、电和蒸汽来由公用工程系统提供，生产出的苯乙烯产品到成品库。 此设计过程中，为了计算方便，忽略了一些计算过程，故有一定的误差，另由于计算时间比较仓促，有些问题不能够直接解决。设计中有不少错误之处，请指导老师予以批评指正，多提出宝贵意见。 2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% 0.8% 100%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 * 105 Pa（绝） 3、选择性： C8H10C 8H8+H2 （1） C8H10C 6H6+C2H4 （2） C8H10+H2C 7H8+CH4 （3） 1、2、3 （1）90% （2）3% （3）7%4、5、6 （1）92% （2）3% （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：（0.50.9）Nm 3 乙苯/(m 3Cath) （3） =1050kg/m3 =1500kg/m3 5、参考数据： （1）反应器直径 D=2 m （2）取热损失为反应热为 4% （3）k=exp(11.281-2545/RT) 2（4）K=exp(15.344-14656.5734/T) （5）Cat 的有效系数 1=0.7 2=0.667 （6）填料情况： 取瓷环为 2525 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 * 105 Pa，出口压力为 1.2 * 105 Pa，平均压力为 1.5 * 105 Pa，压降 P=0.6 * 10 5 Pa。 （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 * 4.18 kJ 2目 录一、绪论 51、原料的性质和用途 52、苯乙烯的性质和用途 53、苯乙烯各种生产工艺及比较 64、本工艺设计说明 6二、生产工艺说明 81、原料、成品及半成品 82、主副化学反应式 83、生产步骤 84、原理、化学组成及化学性质 95、反应器设计依据 106、主要工艺变量（参数）的选择与控制 107、流程叙述 118、工艺设计物性参数 13三、物料及热量衡算 131、计算依据 132、物料衡算 143、热量衡算 22四、乙苯苯乙烯精馏塔的计算 241、乙苯苯乙烯塔操作条件的确定 242、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 372十一、原料、中间产品的分析方法 38西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页2十二、参考文献 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 03 沸点 136.2 101325Pa4 熔点 -94.4 101325Pa5 液体热容量 kJ/（kg K） 1.754 298.15K6 蒸汽热容量 Kcal/（kg K） 0.285 277 蒸发热 kJ /mol 35.59 正常沸点下8 液体粘度 104kgSee/M2 0.679 209 生成热 Kcal/mol 2.98 2010 在水中溶解度 11 燃烧热 Kcal/mol 1101.1 气体12 闪点 15 13 自然点 553.0 14 爆炸范围 %(体积) 2.37.4 （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 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页2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 1.16.01%（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 21502250 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 + O2 C6H5COCH3 + H2O C6H5COCH3 + H2 C6H5CHOHCH3 C6H5CHOHCH3 C 6H5CHCH2 + H2O 该法苯乙烯产率为 7580%，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 + O2 C6H5CHOOHCH3 C6H5CHOOHCH3 + CH3CHCH2 C6H5CHOHCH3+ C3H6O C6H5CHOHCH3 C6H5CHCH2 + 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。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页2(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 + O2 2C6H5CHCH2 + 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，有待进一步研究开发。 (4)乙苯催化脱氢法 这是目前生产苯乙烯的主要方法，目前世界上大约 90%的苯乙烯采用该方法生产。它以乙苯为原料，在催化剂的作用下脱氢生成苯乙烯和氢气。反应方程式如下： C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 同时还有副反应发生，如裂解反应和加氢裂解反应： C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2 C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5 C6H6 + CH2CH2 高温裂解生碳： C6H5C2H5 8C + 5H2 在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应： C6H5C2H5 + 2H2O C6H5CH3 + CO2 + 3H2 此外还有高分子化合物的聚合反应，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯的衍生物等。 4、本工艺设计说明 (1)生产任务：年产 100000 吨精苯乙烯，纯度99.7%。 (2)生产方法：采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯(Lummus)公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。 鲁姆斯(Lummus)公司经典苯乙烯单体生产工艺技术：深度减压，绝热乙苯脱氢工艺； 鲁姆斯（孟山都/UOP）经典苯乙烯单体生产工艺简介： 该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。 A、工艺流程 从乙苯(EB)生产苯乙烯的经典流程如附图 1 所示。 乙苯(EB)脱氢是在蒸汽存在下，利用蒸汽来使并维持催化剂处于适当的氧化状态