年产10万吨苯乙烯生产工艺

摘要TOC\o"1-5"\h\z第一章绪论 -31苯乙烯的用途及其在工业上的重要性 32苯乙烯在国内外发展现状与前景 43国内外苯乙烯的生产工艺 -6第二章生产工艺说明 101反应原理 -102工艺条件 103工艺流程 12第三章物料及热量衡算 161计算依据 -162物料衡算（脱氢反应器） 173热量衡算（脱氢反应器） 19第四章乙苯蒸出塔计算 23乙苯蒸出塔操作条件的确定----乙苯蒸出塔操作条件的确定-----23-2理论板数的计算 -25第五章苯乙烯产品规格及安全、储运 27-参考文献 29致谢摘要本设计的依据是采用低活性、高选择性催化剂，参照Badger公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。乙苯脱氢反应在绝热式固定床反应器中进行，反应具有以下特点：1）转化率高，可达55%；2）选择性好，可达90%。采用这种脱氢反应器系统，整个脱氢系统的压力降小，可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，另外还不损失压缩能和投资费用。所需催化剂用量少；反应器体积较小，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。本设计装置主要由脱氢反应部分和精馏、回收部分两个工序系统所组成。关键词：脱氢；绝热式；精馏与回收；苯乙烯；物料衡算第一章绪论1苯乙烯的用途及其在工业上的重要性1.1用途[1]苯乙烯是一种重要的有机化工原料，它主要用于生产聚苯乙烯树脂（PS）、丙烯腊-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂、苯乙烯-丙烯腊共聚物（SAN）树脂、丁苯橡胶和丁苯胶乳（SBR/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。在制药上，它主要用于制造一些西药的原料成分，例如：2-漠苯乙烯原料药的主要成分就是苯乙烯。在选矿时，它还可以用做选矿药剂的制造。例如：在选矿中最主要的药剂LF型锡石细泥捕收剂（苯乙烯膦酸）的主要原料也是苯乙烯。此外，它还可以制造GUIOY型农药。所以说苯乙烯的用途十分广泛。1.2苯乙烯在工业上的重要性[1]苯乙烯简称SM,是石化行业的重要基础原料。苯乙烯系列树脂的产量在世界合成树脂中居第三位，仅次于PE、PVC。苯乙烯的均聚物一聚苯乙烯（PS）是五大通用热塑性合成树脂之一，广泛用于注塑制品、挤出制品及泡沫制品3大领域，近年来需求发展增长旺盛。苯乙烯、丁二烯和丙烯腊共聚而成的ABS树脂是用量最大的大宗热塑性工程塑料，是苯乙烯系列树脂中发展与变化最大的品种，在电子电器、仪器仪表、汽车制造、家电、玩具、建材工业等领域得到了广泛应用。中国已经成为世界ABS最大的产地和消费市场之一。丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯共聚，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。丁苯胶的年耗用量占合成橡胶的首位。由苯乙烯还可以生产的丙烯月青-苯乙烯二元共聚物（SAN）、不饱和树脂（UPR）、丁苯橡胶（SBR）、丁苯胶乳（SBL）、热塑性丁苯橡胶SBS）等产品，可以说苯乙烯是化学工业中最重要的单体之一。2苯乙烯在国内外发展现状与前景2.1苯乙烯在国外发展现状与前景⑵苯乙烯在现今社会已经开始迅速发展，各种工业产品基本上都有或多或少需要苯乙烯单体，苯乙烯的年消费量也在逐年增加。以下是世界苯乙烯的消费量与产量对应图表。图表1.1到2010年，在全球苯乙烯主要的下游衍生物中，聚苯乙烯、ABS/SAN、SBR及其胶乳、不饱和聚酯树脂以及苯乙烯共聚物消耗苯乙烯的比例将分别达到约62.3%、16.6%、8.9%、4.6%和2.2%。预计2010-2015年世界对苯乙烯的需求量将以年均约2.0%的速度增长，到2015年总消费量将达到约3314.0万吨。2.2苯乙烯在国内发展现状与前景⑵我国的苯乙烯发展起步较晚，但是由于我国人口较多，消费量也在逐年增加，所以我国也在大力发展苯乙烯生产能力。以下是我国苯乙烯的年消费量与产量的对应图表。700万600700万6005004003002001000—年消费量口年产量2005年2006年2007年2008年2009年图表1.2由图表可知，我国苯乙烯消费量以年均约3.7%的速度增长，预计到2010年我国苯乙烯总消费量将达到约653.0万吨。预计2010-2015年我国对苯乙烯的需求量将以年均约1.7%的速度增长，到2015年总消费量将达到约814.0万吨。而届时我国苯乙烯的生产能力将达到800万吨，这样就有约14万吨的苯乙烯需要进口。所以说，我国的苯乙烯生产能力还需要大力发展。3国内外苯乙烯的生产工艺⑶国内外苯乙烯的生产方法主要有乙苯脱氢法、环氧丙烷-苯乙烯联产法、热解汽油抽提蒸馏回收法、丁二烯合成法等。3.1乙苯脱氢法乙苯脱氢法［10］是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的90%。它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺。1）乙苯催化脱氢工艺乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺，它是由美国Dow化学公司首次开发成功。目前典型的生产工艺主要有Badger工艺、ABB鲁姆斯/UOP工艺以及BASF工艺等。乙苯催化脱氢法的技术关键是寻找高活性和高选择性的催化剂。工艺上开始采用的是锌系、镁系催化剂，后来逐渐被综合性能更好的铁系催化剂所替代。世界乙苯脱氢催化剂的研究正在向低钾含量、低水比、具有更高稳定性和更长运转周期的方向发展。2）乙苯氧化脱氢法乙苯氧化脱氢技术是用较低温度下的放热反应代替高温下的乙苯脱氢吸热反应，从而大大降低了能耗，提高了效率。氧化脱氢反应为强放热反应，在热力学上有利于苯乙烯的生成。典型的生产工艺为苯乙烯单体先进反应器技术（StyreneMonomerAdvancedReactorTechnology，简称Smart工艺）。该工艺采用三段式反应器。一段脱氢反应器中乙苯和水蒸汽在脱氢催化剂层进行脱氢反应，在出口物流中加入定量的空气或氧气与水蒸汽进入两段反应器，两段反应器中装有高选择性氧化催化剂和脱氢催化剂，氧和氢反应产生的热量使反应物流升温，氧全部消耗，烃无损失，两段反应器出口物流进入三段反应器，完成脱氢反应。3.2环氧丙烷-苯乙烯联产法环氧丙烷-苯乙烯（简称PO/SM）联产法又称共氧化，由Halcon公司开发成功，并于1973年在西班牙首次实现工业化生产。在130T60°C、0.3-0.5MPa下，乙苯先在液相反应器中用氧气氧化生成乙苯过氧化物，生成的乙苯过氧化物经提浓到17%后进入环氧化工序，在反应温度为110C、压力为4.05MPa条件下，与丙烯发生环氧化反应成环氧丙烷和甲基苄醇。环氧化反应液经过蒸馏得到环氧丙烷，甲基苄醇在260C、常压条件下脱水生成苯乙烯。3.3热解汽油抽提蒸馏回收法从石脑油、瓦斯油蒸汽裂解得到的热解汽油中直接通过抽提蒸馏也可以制得苯乙烯。GTC技术公司开发了采用选择性溶剂的抽提蒸馏塔GT-苯乙烯工艺，从粗热解汽油（来自石脑油、瓦斯油和NGL蒸汽裂解）直接回收苯乙烯。提纯后苯乙烯产品纯度为99.9%,含苯基乙炔小于50PPmo采用抽提技术将苯乙烯回收，既可减少后续加氢过程中的氢气消耗，又避免了催化剂因苯乙烯聚合而引起的中毒，也增产了苯乙烯。3.4丁二烯合成法Dow化学公司和荷兰国家矿业公司（DSM）都在开发以丁二烯为原料合成苯乙烯技术。不久即将实现工业化生产。Dow化学工艺是以负载在沸石上的铜为催化剂，反应在装有催化剂的固定床上进行，丁二烯转化率为90%，4-乙烯基环己烯（4-VCH）的选择性接近100%。之后的氧化脱氢采用以氧化铝为载体的锡/锑催化剂，在气相中进行。在1个月的运转期内，催化剂活性下降了一半，此时在催化剂床上通入氧气使其再生。该反应在0.6MPa和400°C下进行，苯乙烯的选择性为90%o本设计所采用的生产苯乙烯工艺是乙苯催化脱氢制苯乙烯。本工艺转化率为35%-40%,选择性90%o此法相对于其他工艺，转化率和选择性都比较低，但是本设计采用新型催化剂，使其转化率达到82%o再者，此法相比较具有设备造价低、生产能力大、技术成熟等优点。环氧丙烷-苯乙烯联产法的转化率为50%，选择性80%o它的的设备投资比较高，只适合大规模生产。技术尚不成熟，不适应小规模生产。而热解汽油抽提蒸馏回收法的转化率90%，选择性45%o该法技术相比较落后，加之选择性较低，产率没有本设计所采用的方法的产率高。丁二烯合成法的转化率90%,选择性100%o此法相比较产量比较大，但是用此法生产，生成的副产物较多，不适应小规模生产。所以本设计采用乙苯催化脱氢制苯乙烯。第二章生产工艺流程1反应原理⑷主、副反应主反应：CHCH—CHCHCH+H6525 65 2 2 △H873K=125KJ/moL副反应：如裂解反应和加氢裂解反应:CHCH+HTHCH+CH6525 265 3 4△H873K=-64.5KJ/moLCHCH+HTH+C2H66525 2 66△H873K=-41.8KJ/moLCHCHTH+C2H46525 66△H873K=102KJ/moL高温裂解生碳：CHCH—8C+5H65252△H873K=-1.72KJ/moL在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应：CHCH+16H0—8C0+21H6525 2 2 2 △H873K=793.4KJ/moL2工艺条件⑷2.1反应温度乙苯脱氢反应为可逆吸热反应。从热力学分析可知，升高反应温度，反应平衡常数增大，乙苯平衡转化率提高，苯乙烯平衡收率提高；从动力学分析，反应温度升高，反应速度加快，乙苯转化率提高，副产物提高，苯乙烯产率下降。则本设计采用温度为873K。2.2反应压力和水蒸气用量A.反应压力乙苯脱氢反应是一个气体分子数增多的可逆反应，理论上，低压有利于乙苯平衡转化率及苯乙烯平衡收率的提高。但是，真空条件下进行高温操作易燃易爆物料，在工业生产中不安全。为解决这一矛盾，本设计采用通入过热水蒸气的方法。这样，既降低了反应组分的分压，推动了平衡的有利移动，又避免了真空操作，保证了反应的安全运行。B.水蒸气用量水蒸气用量增多，乙苯平衡转化率提高。而当水蒸气与乙苯的用量摩尔比超过9时，乙苯转化率已无明显提高，而能量消耗更增大，设备生产能力降低。所以本设计采用水蒸气与乙苯的配比为2。2.3催化剂⑷乙苯脱氢工艺过程的关键技术是催化剂。可以说催化剂的性能决定了乙苯的转化率和生成乙苯的选择性、蒸汽/烃比、液体时空速、运转周期等，也就是说催化剂的性能决定了脱氢过程的经济性。表2.1主要牌号乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的工艺指标牌号乙苯转化率苯乙烯选择性％催化剂寿命a美国G84C6596.71.5-2G6456911.5-2Shell56901.5-2德国BASF催化剂-6093>1.5前苏联K-2470-7590>1.5前苏联K-267590>1.5上海石化院GS01,056095兰化公司T315>5590>1.0本设计采用的催化剂为GS-01脱氢催化剂，在873K、水蒸气与乙苯的配比为2的条件下，乙苯转化率达60%，苯乙烯选择性为95%-96%,亦达到当代世界先进水平。3工艺流程3.1乙苯脱氢反应器工艺流程的选择[5]由于供热方式不同，采用的反应器型式也不同。工业上采用的反应器型式有两种：一种是多管等温型反应器，它是以烟道气为热载体，反应器放在加热炉内，由高温烟道气，将反应所需要的热量通过管壁传递给催化剂床层。另一种是绝热型反应器，它所需要的热源是由过热水蒸气直接带入反应系统。采用这两种不同型式反应器的工艺流程，主要差别有以下两点：1、脱氢部分的水蒸气用量不同；2、热量的供给和回收利用方式不同。3.1.1多管等温反应器脱氢部分的工艺流程多管等温反应器是由许多耐高温的镍铭不锈钢钢管组成；管径为100~185mm；管长为3m；管内装填催化剂；管外用烟道气加热。采用多管等温反应器脱氢时的优点是：1)水蒸气的消耗量约为绝热式反应器的二分之一；2)乙苯转化率高，苯乙烯的选择性高。但是等温反应器存在结构复杂，而且需要大量的特殊合金钢材，反应器制造费用咼等缺点，因此，大规模的生产装置，都采用绝热型反应器。3.1.2绝热型反应器脱氢部分的工艺流程由于脱氢反应需要吸收大量的热量，所以反应器的进口温度必然比出口温度高。绝热反应器的进出口温度差可以达到65°C。这样的温度分布对于脱氢反应速度和反应选择性都会产生不利的影响。脱氢反应器进口处乙苯浓度最高，由于温度高就有比较多的平行副反应发生，从而使它的选择性下降。脱氢反应器出口温度低，对平衡不利，使反应速度减慢，限制了转化率的提高，所以绝热反应器脱氢，不仅转化率比

较低，选择性也比较低。绝热反应器脱氢时具有以下优点：1）结构简单，设备造价低；2）工艺流程简单，生产能力大；同时绝热反应器脱氢有：反应器进出口温差大；转化率比较低；选择性也比较低等缺点。为了克服绝热反应器进出口温差大、转化率低等缺点。本设计采用了径向绝热反应器脱氢技术。这种反应器制造费用比等温反应器便宜，水蒸气的用量比一般绝热反应器的用量要少，温差也小，乙苯转化率可达到60%以上，选择性也比较高。本设计采用的绝热反应器，对前面提到的过热水蒸气消耗量大、乙苯转化率低和苯乙烯选择性差等缺点，得到了比较好的解决。图2.1为本设计采用的三段绝热式径向反应器结构示意图。它的每一段都由混合室、中心室、催化剂室和收集室组成。具体工艺流程为：乙苯蒸气与一定量的过热水蒸气首先进入混合室，充分混合以后，由中心室通过钢板制的圆筒壁，喷入催化剂床层。脱氢产物经过钢板制外圆出口筒，进入反应器的收集室。然后再进入第二混合室，再与过热水蒸气混合，经过同样的过程，直到反应器的出口。出口图2.1三段绝热式径向反应器1混合器；2中心室；3催化剂室；4收集室

3.2脱氢产物粗苯乙烯的分离与精制⑸脱氢产物粗苯乙:（也称为脱氢液和炉油有乙烯以外，还含有沒，它除了含有产［应的乙苯和副产物苯、甲苯及少量焦油。因为脱氢方法和操作缨馏的方法分离烯的沸点只差F条件的不同，各组沸点相差较大，所以可以用精其中乙苯苯嵐烯的分离是最关键的部分离时要求的塔数比较多，所以除了WC,分加阻聚剂以外,脱氢产物粗苯乙:（也称为脱氢液和炉油有乙烯以外，还含有沒，它除了含有产［应的乙苯和副产物苯、甲苯及少量焦油。因为脱氢方法和操作缨馏的方法分离烯的沸点只差F条件的不同，各组沸点相差较大，所以可以用精其中乙苯苯嵐烯的分离是最关键的部分离时要求的塔数比较多，所以除了WC,分加阻聚剂以外,烯由于两者精馏塔内粗苯乙烯的分离和精制制流程见图无2所示。粗苯乙烯先进入乙苯-苯乙烯分离塔，将没有反应的乙苯、副产物苯和甲苯与苯乙烯进行分离。塔顶蒸出的乙苯、苯和甲苯经过冷凝后，一部分回流，其余送入苯、甲苯回收塔，将乙苯与苯、甲苯分离，塔底分出的乙苯可循环作脱氢原料用。塔顶分出的苯和甲苯，送入苯、甲苯分离塔，将苯和甲苯进行分离。乙苯蒸出塔塔底液体主要是苯乙烯，还含有少量焦油，将它们送入苯乙烯精馏塔，塔顶蒸出聚合级苯乙烯，纯度为99.6%（质量）。塔底液体为分离出来的焦油，焦油里面含有苯乙烯，可进步进行回收。图2.2粗苯乙烯的分离和精制流程1-乙苯-苯乙烯分离塔2-苯、甲苯回收塔3-苯、甲苯分离塔 4-苯乙烯精馏塔第三章 物料及热量衡算1计算依据⑹.原料组成（质量%）:乙苯：99%甲苯：0.8%苯：0.2%.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/水蒸汽二1/2.6(质量比)温度T：反应器进口温度630°C，出口温度580°C压力P：床层平均操作压力1.5X105Pa.催化剂条件：采用GS-01新型脱氢催化剂，d=3mm,h=13mm允许通入乙苯空速为：(0.5~0.9)Nm3乙苯/^Cat.h).参考数据：反应器直径D=2m取热损失为反应热为4%k=exp(11.281-2545/RT)K=exp(15.344-14656.5734/T)Cat的有效系数 n=0.7n=0.6671 2.填料情况：取瓷环为25X25的拉西环，所填高度为250mm,锥形高度为250mm，锥角取90。.压力：第一反应器进口压力为1.8X105Pa，出口压力为1.2X105Pa,平均压力为1.5X105Pa，压降△P=0.6X105Pa。.再沸器：取热损失为水蒸汽放出热量的3%，Q=Q/(1-3%)蒸汽吸.计算依据：水蒸汽作稀释剂，水蒸汽和乙苯质量比为2.6：1反应压力为150000Pa(绝)，反应温度为580C,反应器进口温度630C，乙苯总

转化率为55%O为简化计算，假定：1）反应混合原料组成：乙苯：99%,甲苯：0.8%,苯：0.2%,混合原料中不含其它二甲苯。2）水蒸汽为惰性组分，不发生水蒸汽转化反应，并且无结焦反应。3）冷凝液经油水分离器分离成水和有机混合物，水中夹带芳煙量为500nig/L,夹带芳煙组成同有机混合物相同。有机混合物中水量很少可忽略。4）阻聚剂加入量为有机混合物量的0.03（W%）。5）精馄塔塔顶苯乙烯回收率大于95%。精馄塔真空操作，塔顶压力＜50mmHgo。物料衡算（脱氢反应器）A、假设以10000kg/h原料进料为基准，则反应器进料G:A、2甲苯:10000X0.8%=80kg/h,80/92=0.87kmol/h；乙苯：10000X99%=9900kg/h,甲苯:10000X0.8%=80kg/h,80/92=0.87kmol/h；乙苯：10000X99%=9900kg/h,9900/106=93.396kmol/h；10000X0.2%=20kg/h ,20/78=0.256kmol/h；B、C、反应器的出料:B、C、反应器的出料:进反应器的蒸汽量G,由于原料煙/水蒸汽=1/2.6（质量比）1则:乙苯:9900X2.6=25740kg/h 25740/18=1430kmol/h乙苯:反应器的出料G:3据化学反应式CHCHlCHCHCH+H；乙苯总转化率TOC\o"1-5"\h\z5 6 5 2 255%，选择性90%；则:生成的苯乙烯:93.396X90%X(1-4.66%)X55%=44.077kmol/h生成的H量：44.077kmol/h一亠 2副反应：据化学反应式CHCH-CH+C2H4；选择性为3%时则：,、 . …』 6525 66生成的苯：93.396X55%X3%X(1-4.66%)=1.469kmol/h

生成的乙烯： 1.469kmol/h出料中的苯量：1.469+0.256=1.725kmol/h据化学反应式CHCH+H-CHCH+CH；选择性为7%时则：6525 2 65 3 4消耗H量：93.396X55%X7%X(1-4.66%)=3.428kmol/h2生成的甲苯量： 3.428kmol/h生成的甲烷量3.428kmol/h则反应器出口的物料组成乙苯93.396X(1-4.66%)X(1-55%)=40.07kmol/h苯乙烯44.077kmol/h甲苯3.428+087=4.298kmol/h苯1.469+0.256=1.725kmol/h乙稀1.469kmol/h甲烷3.428kmol/h氢气44.077-3.428=40.649kmol/h3.1反应器出口的有机混合物质量组成如下表:3.1Kg/hW%乙苯：40.07X106=4247.4245.372苯 乙烯：44.077X104=4584.00848.967甲苯：40298X92=395.4164.224表

苯：1.725X78=134.551.437合计：9361.394100.003热量衡算[7]3.1各物质C=f(T)p1)查《化工热力学》，计算公式：C/R=A+BT+CT(kj/kmolK)p22)K)3)4)序号物质名称A103B102)K)3)4)序号物质名称A103B106C1甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.064-13.3105甲苯0.29047.052-15.716查《化工计算》，C=a+bX10-2T+cX10-5T+dX10-9T(kj/kmolp 2 3表3.2序号物质名称abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氢气6.953-0.0460.096-0.21表3.3查汽化潜热表名称甲苯乙苯苯苯乙烯数值37.9942.2633.8540.830表3.4hf(kj/mol)i表3.5名称甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氢气HF0-74.8552.26103.982.950.0025.7903.计算(A)带入反应器热(以25°C为基准)1)蒸汽带入：Q=mX(h-h)1 1 0

2)反应物带入：Q=AH+AH'TOC\o"1-5"\h\z2 1 V由设计要求知：T=630°C,故取T=(T+T)/2+273.15二60065K,根据1 1 0物质C表可计算：P乙苯：C二aW102T+(^<105T+c^1O9T=236.048kJ/kmol)Kp平均 2 3苯乙烯：C=aW102T+(^<105T+c^1O9T=217.714kJ/kmol)Kp平均 2 3甲苯:C=a+*l(M+次1ST+c^109T=190.239(kJ/kmol)Kp平均 2 3C=SyiC=235.97lkJ/kmol)Kpm平均 pi平均AH?=SniAH?=3.98X106(kj/h)V ViAH=n反应物 X(T-T)+SniH?=1.74K107(kj/h)1 pm平均 0 Vi(B)带出反应器热量1)反应吸收热量：Q=AH。吸R乙苯脱氢反应在装有铁系催化剂的固定床反应器中进行，反应方程为:主反应CHCHlCHCHCH6 52 5反应+主反应CHCHlCHCHCH6 52 5反应+H2CHCH6525CH66(a)C2H4(b)C2H4(b)CHCH+6525H—CHCHCHCH+6525H—CHCH+2 65 3CH4(c)由各物质小Hf列表可得:对于(a)反应：AH1=103.9-25.79=78.11kJ/molR0对于(b)反应：AH2=82.9+52.26-25.79=109.37kJ/molR0对于(c)反应：AH3=50-74.85-25.79=-50.64kJ/molR0由物料衡算可得：(a)反应中转化乙苯：44.07kmol/h；(b)反应中转化乙苯：L469kmol/h；(c)反应中转化乙苯：3.428kmol/h；AHe=SniAH'=3.43X106(kJ/h)TOC\o"1-5"\h\zR Vi2)反应物带出热量：Q=AH+AH3V” 21、 间=SniAH=3.87X106(kJ/h)V” I2、 间二nCX(T2-T0)C=SyiC2 pm平均 pm平均 pi平均根据Cp列表，累加得表3.6序号名称ABX110-3CX110-6DX110-91甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.392序号名称ABX110-3CX110-6DX110-93苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.06-13.3015甲苯0.29047.05-15.7166乙苯-8.398159.35-100.0323.957氢气6.953-0.0460.096-0.21合计3.815319.081152.16923.74・.・C=3.185+0.319XTT.52X10-4T+2.37X10-8Tpm平均 2 3(C)蒸汽带出热量：Q=mX(h2-h0)4第四章 乙苯-苯乙烯分离塔计算1乙苯一苯乙烯分离塔操作条件的确定⑻1.1塔顶温度的确定

已知乙苯一苯乙烯塔顶压力为185mmHg,具体步骤如下：假设温度，计算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯之蒸汽压由K=P/P计算出KiiD i,由x=y/K计算出x计算x是否等于1,若是，则假设成立，否则iDii i， i重新假设温度，重复上述计算。饱和蒸汽压计算公式(安托因方程)[8]:lnP=A—B/(T+C)苯：A=15.9008 B=2788.51C=—52.36甲苯：A=16.0137B=3096.52C=—53.67乙苯：A=16.0195B=3279.47C=—59.95苯乙烯：A=19.0193B=3328.57C=—63.72甲苯：A=16.0137B=3096.52C=—53.67乙苯：A=16.0195B=3279.47C=—59.95苯乙烯：A=19.0193B=3328.57C=—63.72焦油：A=19.0193B=3328.57C=—63.72设：t=40°CD将T=40+273.15代入计算式，具体结果表4.1如下:表4.1组成塔顶气相组成ymol%饱和蒸汽压(mmHg)K=P/PiiDa苯2.82942.7785.0967.756甲苯8.28372.0212.0113.061乙苯88.66164.8230.8911.356苯乙烯0.24121.5700.6571合计100.00通过计算试差求得塔顶温度就可认为87.27C。1.2塔釜温度的确定已知乙苯一苯乙烯塔底压力为261.44mmHg，设:t=40CW设:t=40CW将T=40+273.15代入计算式，具体结果表4.2如下:表4.2期出 塔釜气相组成组成 ]0/ymol%Di饱和蒸汽压(mmHg)K=P/PiiDa乙苯 0.27343.9991.3161.316苯乙烯 99.69261.3130.9991阻聚剂 0.035261.3130.9991合计 100.00通过计算试差求得塔釜温度就可认为108.98C。1.3进料温度的确定[9]设进料为饱和液体，具体步骤同前5(PP)=0.5(1.05+1.4)=22mmHg具体DW计算结果如下表4.3：表4.3组成塔进料气相组成ymol%Di饱和蒸汽压(mmHg)K=P/PiiDa.苯1.911270.815.6597.122甲苯4.77519.7262.3142.913乙苯44.43238.3361.0611.336苯乙烯48.87178.4360.7951焦油0.02178.4360.7951合计100.00通过计算试差求得塔进料温度就可认为97.77°C。2、理论板数的计算[io]最小理论板数塔顶：a=164.823/121.57=1.3561塔进料：a=238.336/178.436=1.3362塔釜：a=343.999/261.313=1.3163则：N=lg((X/X)/(X/X))/lga-1=43.6M ABDABW ABA、实际回流比下的理论板数⑻因为泡点进料，所以q=1，根据恩特伍德公式⑻，用牛顿迭代法⑻计算算出：1-q=0R=9.341M按R=1.3RM所以：R=5.1661N=43.6M据吉利兰关系式得出：Y=0.75-0.75Xo.5668X=R1-R/R+1Y=N-N/N+1MM则：N=78.4B、实际塔板数根据筛板塔的经验数据，全塔效率为70—80%，我们取75%实际塔板数：N=78.4/0.75=1041C、加料板位置的确定在泡点进料的情况下，可以应用下面的半经验公式来确定精馏段和提馏段的板数。具体如下：m+n=N[11]1式中：m一提馏段塔板数；n一精馏段塔板数。D=46.02kmol/h、w=44.0413kmol/hX=0.4887X=0.4443X=0.0024X=0.0027hF IF hD 1Wn/m=[(44.0413/46.02)(0.4887/0.4443)(0.0027/0.002