8万吨苯乙烯工艺设计

本科生毕业论文（2014 届）题 目： 年产 8 万吨苯乙烯工艺设计 学 院： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 学生姓名： 柳传红 学号： 21007051036 指导教师： 詹益民 职称（学位）： 讲师 合作导师： 詹益民 职称（学位）： 讲师 完成时间： 2014 年 4 月 25 日 成 绩： 黄山学院本科毕业论文学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）：柳传红2012 年 4 月 25 日1目 录中文摘要 3外文摘要 4引言 61 概述61.1 原料与产品概述61.1.1 原料概述 61.1.2 产品概述 61.1.3 产 品 用 途 62 苯乙烯的市场分析62.1 世界市场分析 62.2 国内市场分析及发展趋势 73 苯乙烯生产工艺流程 73.1 苯乙烯主要生产工艺 73.2 苯乙烯生产工艺流程的选择73.3 生产工艺流程简图 83.4 工艺流程的叙述 84 设计任务书 95 工艺计算95.1 物料衡算 95.2 能量衡算 135.3 主要设备选型 165.3.1 苯乙烯精馏塔操作条件 165.3.2 理论板数的计算 175.3.3 进料板位置的确定 175.3.4 塔径及塔高的计算 185.3.5 塔板主要工艺尺寸的计算 205.3.6 冷凝器的设计 216 生产事故预防及发展建议226.1 生产事故预防 226.2 发展建议 2327 副产品及废弃物处理 23参考文献25致谢263年产 8 万吨苯乙烯工艺设计化学化工学院 化学工程与工艺 柳传红 （ 21007051036）指导老师： 詹益民 摘要：以年产 8 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。设计对整个工艺流程进行了物料衡算，热量衡算，对设备理论上进行了尺寸计算及选择，使设备满足设计要求，达到所需要的工艺条件。设计还附带一张带控制点的工艺流程图和一张化工设备图。关键词：苯乙烯；乙苯脱氢；工艺计算；乙苯苯乙烯精馏4The process design of annual output 80,000 tons styreneLiuchuanhong Director：zhan yi min （College of Chemistry and chemical engineering，Huangshan University, Huangshan, Anhui, 245041）Abstract：The design is based on an annual output of 80,000tons for the production of styrene, using ethylbenzene dehydrogenation of styrene to process method, process for the whole process design and equipment selection. The design of the whole process flow is the material balance, heat balance calculations, theory of equipment size calculation and choose, make the equipment to meet the design requirements, to need process conditions. The design includes an auxiliary take control of the process flow chart and diagram of chemical equipment.Key Words: styrene；ethylbenzene；dehydrogenation process calculation；Ethyl benzene and styrene distillation5引言苯乙烯最早发现于苏合香脂，是一种天然香料。直到 19 世纪三四十年代才被应用于工业生产，是由法本公司和陶瓷化学公司采用乙苯脱氢法进行小规模生产。但由于精馏技术未有大的发展而得到限制。直到道化学公司和 BASF 公司才在精馏技术上有突破，得到高纯度苯乙烯单体并聚合生成稳定、透明、无色塑料。第二次世界大战过后，不仅是苯乙烯产量快速上升，而且也出现了一些新的生产技术，先后有美国的乙苯共氧化法和日本的裂解汽油抽提法，之后实现了大规模的工业生产。近年来我国在建筑材料、家庭电器、汽车行业等方面取得飞快的发展，这无疑刺激了苯乙烯类树脂的消费水平，我国苯乙烯行业都是处于供求不足的状态，每年都需要依靠世界市场来满足国内市场的需求。因此必然导致国内苯乙烯的价格上升。70 多年来，不断提高苯乙烯的生产技术水平，成熟于五六十年代的工艺，后期又由于受市场上能源、原料价格及国家绿色环保政策等因素的影响，使得苯乙烯的生产做到低耗能、原料的重复利用以及对工业上的“三废”优化处理，逐渐取代了传统的工艺，使得苯乙烯的生产技术水平得到进一步提高，更能跟得上时代的发展脚步。本文主要根据生产设计任务书进行物料衡算和能量衡算以及对设备理论上进行了尺寸计算及选择，使设备满足设计要求，达到所需要的工艺条件，同时分析了国内外苯乙烯的生产和供需情况，并对生产苯乙烯过程中所发生的危险事故的发生及工艺上的问题作了介绍，提出了一些对未来市场上有用的生产新技术。结合实际生产与事故，对苯乙烯生产中存在的一些危险进行了预防。不断的在生产设备规模和新的技术水平上提高，能够做到苯乙烯从产量及质量达到新的高度，让我国苯乙烯市场具有高的竞争力。设计过程中涉及到有机、化工原理以及化工分离工程、化工热力学等多门学科的知识。通过本次设计让我更清晰的掌握了这些学科的一些基本知识，更加巩固了曾经在课堂上所学的。61 概述1.1 原料与产品概述1.1.1 原料概述乙苯分子式为 C6H5C2H5 ，相对分子质量为 106，是生产苯乙烯的中间体，无色有芳香气味，熔点（）：-94.9 ，沸点（ ）：136.2，易燃具有毒性。原料中乙苯：99.95%（w% ）1.1.2 产品概述苯乙烯（SM）是通过苯取代乙烯分子上的一个氢原子所形成的具有无色、有特殊香气的油状有机化合物。分子式 C8H10，相对分子量 104。苯环可与乙烯基形成共轭电子对，其不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中；有毒，在空气中允许浓度为 0.1mg/L。该 物 质 会 对 地 表 水 、 土 壤 、 大 气 和 饮 用 水 造 成 污 染 ，甚 至 造 成 水 体 污 染 ， 严 重 影 响 水 下 生 物 的 生 存 和 人 的 生 活 健 康 。 由 于 其 具有 强 的 挥 发 性 和 易 被 光 解 ， 故 在 储 存 时 切 不 可 暴 露 的 大 气 中 ， 但 其 也 可 以 被一 些 微 生 物 降 解 ， 即 能 被 特 异 的 菌 丛 所 破 坏 ， 亦 能 被 空 气 中 的 氧 所 氧 化 成 苯甲 醚 、 甲 醛 及 少 量 苯 乙 醇 ， 且易燃，遇明火、强氧化剂有引起燃烧爆炸的危险，其气体形态与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.1%6.1%（气体体积分数） 。1.1.3 产品用途苯乙烯主要用来生产生活中所熟知的各种家电、包装材料、建筑材料以及一些高性能的树脂和弹性体的原料。其中苯乙烯需求量最大的当属聚苯乙烯（PS） ，聚苯乙烯又包括通用聚苯乙烯（GPPS ） 、高抗聚苯乙烯（ HIPS） 、可发性聚苯乙烯（EPS ） 。生产的其他的材料有丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯树脂（ABS） 、苯乙烯- 丙烯腈树脂（SAN） 、不饱和聚酯树脂（UPR ） 、丁二烯 -苯乙烯橡胶（SBR）以及丁二烯苯乙烯乳液等。这些产品广泛应用于工业装饰、照明指示、电绝缘材料以及光学仪器零件、透明模型、玩具、日用品、汽车制造、家用电器、造纸、纺织、制鞋等工业部门。不仅如此，它还可作为医药、农药、染料及选矿剂的中间体，用途十分广泛 1。2 苯乙烯市场分析 232.1 世界市场分析世界苯乙烯产能主要分布在北美、西欧及东北亚地区。世界苯乙烯产能稳步增长，2002-2012 年年均增长 3.3%，2012 年底世界总产能约 3260 万 t/年。2012 年世界苯乙烯消费量达到 2735 万吨，2012 年的产量年均增长 2.1%，2012黄山学院本科毕业论文年总7产量约 2760 万吨，2012-2017 年均增速 3.5% ，未来世界苯乙烯的消费将保持增长，2017 年达到 3250 万吨。目前为止世界上生产的苯乙烯已供过于求，世界苯乙烯的生产都将趋于缓和。2.2 国内市场分析及发展趋势中国苯乙烯产能增长迅速，2002-2012 年的年均增长率达到 13%；2013 年，中国苯乙烯拟在建项目的产能约为 340 万吨/年； 2012 年中国苯乙烯表观消费量达到 800 万吨，同比增长 4.8%；中国聚苯乙烯产能增长迅速，2012 年的年均增长率达到 13%；中国 ABS 树脂生产能力较快增长，2002-2012 年的年均增长率达到 14%； 几年来中国苯乙烯缺口较大，自给率逐年提升 2010 年自给率首次超过 50%，2012 年已超过 55% 2017 年中国苯乙烯缺口仍较大，预计将保持在目前水平。全球苯乙烯的生产能力已经出现了过剩的态势，在亚洲当中中国所占有的苯乙烯消费比例不断增加，这样我国就需要从世界市场满足需求。虽然目前我国苯乙烯的生产还有很大的进步空间，但随着我国各个行业的发展迅速就会导致苯乙烯的需求量增加，这样就会刺激生产苯乙烯的各个企业之间的竞争，将使得这些企业不断扩大生产，带动了苯乙烯生产设备的投资快速增长。又由于聚苯乙烯和 ABS 树脂等苯乙烯的产品保持增长的态势。苯乙烯需求增大就要扩大规模来生产，带动周围国家和企业去挑战机遇。这样一定程度上能够缓和苯乙烯生产能力。因此，国内苯乙烯市场发展潜力较大。3 苯乙烯生产工艺流程3.1 苯乙烯主要生产工艺目前，工厂规模化生产苯乙烯工艺路线 3：乙苯催化脱氢、环氧丙烷联产、裂解汽油抽提三种方法。其中工艺路线生产苯乙烯乙苯脱氢占 79%，裂解汽油抽提法占 2%，环氧丙烷联产法占 19%。虽然环氧丙烷联产法生产不仅有苯乙烯产品，还有环氧丙烷，但其工艺流程复杂且又长，在设备上就有大量的投资，流程长又易造成能源耗损大，而裂解汽油抽提在原料方面获得较困难。相比之下乙苯脱氢目前更具有优势，目前我国大概