【《苯乙烯精馏工艺计算设计》12000字（论文）】

苯乙烯精馏工艺计算设计摘要苯乙烯是重要化工基础原料，广泛应用于生产和生活，起着举足轻重的作用，且产品附加值高。因此，对于苯乙烯生产工艺的研究和改进就显得尤为重要，而精馏技术是苯乙烯生产过程中最常用且效果最好的技术手段之一。该设计的题目是苯乙烯精制工艺的设计，年产量为12万吨，通过搜集和整理有关文献资料，设计了苯乙烯的制作方法，并且完成了工艺物料的衡算、设备选型和其他方案设计，经计算可知，该设计精馏塔的有效塔高在10m左右,实际塔板数24块、直径1m、塔效率52%。生产重视“三废”治理，最后核算工艺流程的经济效益，其目的是为苯乙烯的生产工艺研究和优化提供一种思路。关键词：苯乙烯；精制工艺；物料衡算；Refiningprocess;Materialbalance目录TOC\o"1-3"\h\u260081绪论 8315861.1研究背景 8231821.2国内外研究现状 8155821.2.1苯乙烯生产工艺 8128361.2.2我国苯乙烯的生产现状 9272951.2.3世界苯乙烯工业的生产及发展前景 10290472工艺流程 1183202.1主要产品及原料 1129152.2生产工艺简介 11232202.3生产工艺的选择 1153822.4生产工艺的反应过程 1293882.5设计方案 13214033.工艺计算 1482213.1物料衡算相关技术条件： 1455893.2甲苯/乙苯塔 15116143.3苯/甲苯塔 1675213.4苯乙烯精馏塔的计算 1619004.设备计算与选型 18167044.1塔板数的确定 18310624.2精馏塔的工艺尺寸及有关物性数据的计算. 19307344.3塔径及塔高的计算 25163644.4塔板主要工艺尺寸的计算 28126634.5筛板的流体力学验算 314685.精馏塔塔板负荷性能图的绘制 34246855.1精馏段塔板负荷性能图 34229155.1.1精馏段操作范围的确定. 34255535.1.2绘制精馏段的负荷性能图 3719535.2提馏段塔板负荷性能图 37106785.2.1提馏段操作范围的确定 37230055.2.2绘制提馏段的负荷性能图 4024046附属设备设计 42290066.1冷凝器的设计 42293766.2设备一览表及公用工程 43114627三废处理 44178748经济性分析 4524256总结 4631602参考文献 471绪论1.1研究背景苯乙烯（Styrene,C8H8）是重要的基础有机化工原料，主要应用于苯乙烯系列树脂,ABS,丁苯橡胶等产品的制造，离子交换树脂等。因此，对于苯乙烯生产工艺的研究和改进就显得尤为重要，而精馏技术是苯乙烯生产过程中最常用且效果最好的技术手段之一。苯乙烯在制药中也有应用、农药和选矿。随着化学工业的发展，对苯乙烯的需求量越来越大。染料，苯乙烯系列树脂产量居全球合成树脂第3位，次于PE和PVC。其中，苯乙烯及其衍生物已成为我国塑料工业中发展最快、应用最广的品种之一。苯乙烯，丁二烯，丙烯睛等共聚而成的ABS树脂，是使用量最多的大宗热塑性工程塑料之一，在电子电器，仪器仪表，汽车制造，家电，玩具等行业、在建材工业及其他方面的应用越来越广泛。苯乙烯及其共聚物主要应用于塑料包装材料和电线电缆材料等方面。苯乙烯·丁二烯·丙烯腈共聚ABS树脂是体积最大的热塑性工程塑料，它广泛用于电子设备、仪器仪表、汽车制造、家用电器、玩具、建材等行业中。由于苯乙烯与丙烯腈具有良好的相容性，因此可将两者进行共混改性而获得性能优良的共聚物。苯乙烯英文名称:Styrene。Monomer,分子式，为苯环侧链含双键芳烃，在不饱和芳烃当中是非常常见却又有着非常重要地位的成员。它具有优异的物理机械性能和电性能，并可通过化学交联改性使其综合性能提高到与聚酰胺相当或更高的水平，还可以加工成各种用途的制品。广泛应用于制造塑料、合成橡胶，对国民经济起决定性作用。苯乙烯最重要的目的就是制造聚苯乙烯，此外，苯乙烯和丁二烯、丙烯腈的共聚及其共聚物可用于制备·ABS工程塑料；与丙烯腈共聚合可制得高分子量的苯乙烯-丙烯酸酯类共聚物，它在涂料工业中用作颜料和粘合剂等。和丙烯腈共混可得到ABS树脂；与丙烯酸酯类单体共聚可制得各种改性聚合物。和丁二烯共混，可以得到丁苯乳胶，也可以合成丁苯橡胶。苯乙烯也可作溶剂，作增塑剂、粘合剂、稳定剂、润滑剂和分散介质等等。同时苯乙烯在制药，涂料和纺织工业中也得到了广泛应用。因此，在化学工业中，特别是在塑料制品方面，苯乙烯占有重要地位。例如：苯乙烯能自聚成苯乙烯树脂，是优良塑料，有绝缘性和耐水性，进对苯乙烯生产过程与方法进行不断地改进与快速地发展，战后塑料工业及汽车工业也有了较好的透光性及成型性能。因此，从第二次世界大战开始至今，世界上每年都要消耗大量的苯乙烯。可用来生产高频绝缘材料、光学器材和日用品，二战中合成橡胶急需促的崛起，再次加快了苯乙烯生产的技术革新。在六十年代中期以前，我国主要使用石油作为单体原料来制备苯乙烯树脂。现在苯乙烯已在石油化工领域中开发成为一种大吨位的基础有机原料，已用于多种合成树脂的合成，不饱和聚脂树脂等等，在汽车制造中应用广泛，家用电器、玩具制造及其他工业部门。苯乙烯还可以通过加氢或异构化制得丁烯嵌段共聚物，用作增塑剂。以苯乙烯，丁二烯为原料生产橡胶，在轮胎制造，纺织造纸中被大量使用，丁苯嵌段其聚物为SBS热塑性弹性体，供制作鞋和其他轻工、手工部门使用。此外，在医药，电子电气，建筑等行业中还广泛用作粘合剂，密封剂以及其他用途。以上这类产品均与人类的日常生活密切相关，市场需要量亦大。在国民经济中，苯乙烯是最重要的基础化工原料之一，而目前国内又缺乏相应生产能力，所以必须加快发展苯乙烯工业，才能满足市场需求。一，苯乙烯产量开发的基本原因1。目前，国内苯乙烯产量还不能满足市场需求，每年要进口一定量的苯乙烯。因此，本论文主要设计了年产12万吨苯乙烯的精制工艺，以期对国内苯乙烯化工生产有所裨益。1.2国内外研究现状1.2.1苯乙烯生产工艺目前国际上苯乙烯的制造方法主要有乙苯脱氢，环氧丙烷与苯乙烯热电联产，裂解汽油萃取回收，丁二烯合成等。与丙烯腈共聚合可制得高分子量的苯乙烯-丙烯酸酯类共聚物，它在涂料工业中用作颜料和粘合剂等。当前，国内外主要采用苯和乙烯脱氢。我国采用的苯乙烯脱氢技术是以甲苯为原料进行加氢脱硫后再用甲醇吸收二氧化碳制取丙烯的工艺路线。这种方法技术先进、成熟、可靠，产品质量优势高，其生产能力几乎与全球苯乙烯一致。生产能力90%。乙苯氧化后产生乙苯过氧化物。丙烯在催化剂作用下与乙苯进行环氧化反应。以制取环氧丙烷，甲基苄醇，进行乙苯过氧化物与丙烯环氧化反应。该工艺是在反应器中用过氧化氢催化氧化乙苯加氢制取环己烷。对所述环氧化反应溶液进行蒸馏，得到环氧丙烷，以及对甲基苄醇进行脱水，得到苯乙烯。这些产品可以用作合成聚合物的单体或用于制造橡胶、塑料等材料。除了乙苯脱氢工艺，目前，全球只有一种工业方法可以实现苯乙烯规模化生产。生产能力占全球苯乙烯生产能力10%左右。该工艺可用于合成聚烯烃、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及其他聚合物。POSM热电联供过程具有无需高温反应等特点。它不仅可用于乙烯、丙烯腈等单体聚合装置的原料路线，而且还可用于聚烯烃树脂的合成以及合成橡胶的生产等方面。2个重要有机化工产品，苯乙烯与环氧丙烷可一次制取。在该技术上，通过采用乙烯裂解炉、蒸汽发生器等设备实现了能量梯级利用。结合乙苯的脱氢吸热反应和丙烯的氧化放热反应节约能源，解决环氧丙烷在生产过程中三废的治理。采用此技术还能获得较高的乙烯转化率，从而提高经济效益。此外热电联产装置与独立环氧丙烷及苯乙烯装置相比投资及运营成本均较低。该技术是以乙烯为原料，在催化剂作用下进行选择性加氢，生成高纯度丙烯，然后通过催化脱水得到乙二醇和乙醇等化工产品。所以，采用这种方法建设大型生产工厂具有以下几方面的优势。在国内已成功地开发出了以乙苯为原料进行乙烯聚合制备聚烯烃材料的技术，该技术具有流程短，能耗低，无二恶英排放等特点。此法缺点是对有关产品市场情况有很大影响，反应较复杂、副产品较多、投资较高，乙苯单耗高，乙苯脱氢工艺要求高。此外，该方法还存在着一些缺点，例如氯醇法制得的丙烯中含有大量氯醇等副产物，会造成二次污染，且能耗也比较大。但从丙烯共氧化角度，可避免氯醇法对环境造成污染，因此，开发可能性依然很大。1.2.2我国苯乙烯的生产现状中国苯乙烯产能快速增长,2002-2018年间年平均增长率为13%；其中，以丙烯作为原料制备苯乙烯的技术已经比较成熟，而以乙烯为原料制取苯乙烯则仍有很大研究空间。2018年，中国苯乙烯拟建项目年生产能力约640万吨；2019年中国苯乙烯表观消费量为1600万吨，比上年增长4.8%[6]；苯乙烯主要应用于汽车、建材和化工领域。中国聚苯乙烯生产能力快速增长,2018年年平均增长率为13%；我国ABS树脂的生产能力快速增长,2002-2018年均增长率14%；数年来，苯乙烯在中国一直存在着巨大的缺口，自给率连年上升2010年自给率第一次突破50%,2012年突破55%,2020年中国苯乙烯的缺口依然很大，有望维持现有的水平。世界苯乙烯产能已呈现过剩趋势，亚洲中，中国占苯乙烯的消费比重越来越大，从而使我国在世界市场上需要满足需要[8]。由于我国人口众多，经济发展水平较低，所以对苯乙烯的需求量巨大。尽管当前国内苯乙烯生产仍有较大发展空间，但是伴随着我国各产业的快速发展，会造成对苯乙烯需求量的提升，这将激发制造苯乙烯各公司间的竞争，会使这些公司扩大产量，导致苯乙烯生产设备投资迅速增加。因此，为了促进我国苯乙烯生产技术的提升和提高苯乙烯的产量，我们就要对苯乙烯的生产工艺进行深入地研究。也正因为聚苯乙烯,ABS树脂及其他苯乙烯产品一直处于上升趋势。因此我们必须要积极地调整国内的生产结构、提高产能。带动周边各国及企业挑战机会。在这种情况下，为了提高苯乙烯生产企业的经济效益，就需要对现有的技术进行创新，并且加大研发力度来提升苯乙烯生产企业的竞争力。这在某种程度上缓解了苯乙烯的生产能力问题[9]。同时，国内苯乙烯需求量也在不断增加，尤其是随着人们生活水平的提高和环保意识的加强，对苯乙烯需求将会越来越大。所以国内苯乙烯的市场开发潜力是很大的。在未来几年内，国内苯乙烯产能仍将持续增加。在我国，苯乙烯主要用于聚苯乙烯/发泡聚苯乙烯（EPS）、ABS/苯乙烯丙烯睛共聚物（SAN）、不饱和聚酷树脂,SBR等,SB弹性体（包括SBS,SBC,SIS）及其他化工产品，分别占到55%,14%,10%,5%,2%和14%[10]。随着我国经济快速发展以及人们生活水平提高，特别是“十一五”期间国家加大了节能减排力度，环保意识逐渐加强。在建材，家电，汽车工业稳定发展的今天，国内市场对于PS和ABS树脂的需求量还会持续增加。在国家“十一五”规划中，建筑节能是重点工程之一。其中建筑物的节能降耗会得到进一步的重视,EPS产品除了在建筑业中得到应用外，还会作为一种优秀保温材料被大量应用，伴随着我国玻璃纤维增强领域的发展（玻璃钢）、浇铸工艺品和涂料方面的开发，不饱和聚酷树脂在中国的生产将持续增长，苯乙烯需求量还会越来越大。另外，由于国内苯乙烯生产装置的逐步开工投产以及苯乙烯价格的大幅上涨，苯乙烯的市场前景看好。预计2020年我国苯乙烯总消费量在1000万t左右。1.2.3世界苯乙烯工业的生产及发展前景2019年，世界苯乙烯的总生产能力大约为3383万吨/年，产量2953万吨/年，开工率87.5%。同时，随着世界经济全球化趋势越来越明显，世界范围内的贸易合作也变得更加紧密，这对我国的苯乙烯产业来说是一个很好的机遇，因此我国应该积极地利用这一机会来扩大自己的产能。全球苯乙烯产量以亚洲为主、北美和西欧三个地区。中国为第一生产大国，美国，日本和韩国次之。2019年，全球苯乙烯消费量达2953万吨，净进口以我国为主；中南美洲和非洲亦为苯乙烯净进口区，但是消费量少。中东和北美地区仍然是净出口最大区域，西欧亦有少量净出口量，但数量较少。当前国际上苯乙烯多应用于合成树脂和弹性体领域。合成树脂在全球范围内应用十分广泛，其中丙烯腈、醋酸乙烯、异丙醇胺等单体均为重要的合成树脂原料。伴随亚洲ABS树脂产能的快速扩张，该领域苯乙烯需求量增长很快。随着苯乙烯下游产品如聚苯乙烯、ABS树脂等消费量的强劲增长，近年来，苯乙烯生产在全球范围内得到了迅猛发展。预计未来几年，苯乙烯仍是世界上最重要的基本有机化工原料之一，其市场需求持续增长。2013年，世界苯乙烯总生产能力为3270.6万t/a左右。从供需结构来看，随着全球经济复苏及汽车市场恢复等因素带动下，未来几年内苯乙烯市场需求仍将处于较高水平。2013-2019年，世界苯乙烯的供求仍将持续增长，但增长速度明显低于前5年，产能年均增速下降到2.2%，而年平均需求增长3.5%。2019年，世界苯乙烯需求量为3388.6万t。其中，亚洲苯乙烯的需要量将达2034.7万t,它大约占全球需求总量的60%，基本上能达到供需平衡，其中，苯乙烯在中国需要量最多；其次美国、西欧、日本三个主要地区因聚苯乙烯原料价格上涨，需求减少，致使这三大区域苯乙烯消费今后数年基本不增；中东地区的需求增长率是今后几年内最高的，为15.4%。

2工艺流程2.1主要产品及原料2.1.1主要产品表2-1苯乙烯性质表化学名称苯乙烯英文名称styrol规格含量≥99.8%分子量104.15沸点145.2℃熔点－30.6℃折光率1.5439（25℃）产品用途：本品为不饱和芳烃，广泛用作制造塑料、合成橡胶等材料，例如结晶型聚苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯等、丁苯橡胶及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）。由于市场需求强劲，预计未来几年全球苯乙烯市场将呈现供过于求态势，但仍有大量新增产能投入运行。另外，它还用于制造涂料和染料、合成医药为主。2.1.2原料表2-2乙苯性质表化学名称乙烯分子量106.16密度0.8671g/cm3沸点136.2℃折光指数1.495（25℃），原料用途用来生产苯乙烯，二乙苯，苯乙酮，乙基蒽醌等2.2生产工艺简介目前化工厂大规模生产苯乙烯的工艺路线较多，主要包括如下几个方面：乙苯的催化脱氢、联产环氧丙烷、裂解汽油抽提三种方法。在我国，它又用作制造树脂及胶粘剂的原材料。其中工艺路线中苯乙烯乙苯脱氢的比例为79%，裂解汽油的抽提法占少用，环氧丙烷联产法的比例为19%。目前国内化工界对这两种工艺路线还没有统一看法。·尽管环氧丙烷联产法制得的是具有苯乙烯的制品，也有环氧丙烷，但流程过程复杂，时间较长，设备方面则多投入，流程长则易导致能源耗损严重，且裂解汽油抽提从原料上取得难度大。因此，目前乙烯装置的建设中都倾向于选择乙苯脱氢工艺路线。通过比较，乙苯脱氢目前更具优越性，我国约90%使用工艺方法。因此，我们可以看出，在乙苯脱氢气化技术中，乙苯脱氢炉是一个非常重要的组成部分。按供热方式和所用脱氢反应器的形式，相应生产工艺流程不同，其中乙苯催化脱氢法可进一步划分为（1）多管等温脱氢过程；（2）绝热催化脱氢过程。2.3生产工艺的选择工艺流程中绝热催化脱氢所采用的反应器，其构造简单，具有设备的成本是相当高的，还具有强大生产力。且多管等温脱氢流程复杂，等温条件比较难控。本文介绍了国内外几种不同的绝热催化脱氢流程及特点，并分析比较它们各自的优点与不足。绝热反应器单段反应器产能尚可，但是由于它转化率低，选择性高，能耗大，目前使用两段反应器较好地解决了上述不足，并得到了推广应用。因为它具有高的反应活性和较小的操作压力，同时催化剂再生时不会产生严重的副产物氢气。因此，所用过程是两段绝热催化脱氢。图2-1生产工艺流程简图2.4生产工艺的反应过程除脱氢反应外，同时发生一系列副反应，副产物甲苯、甲烷、乙烷、焦油等；为了减少在催化剂上的结炭，需要在反应器进料中加入高温水蒸气，从而发生下述反应：：脱氢反应式1mol乙苯产生2mol产物（苯乙烯和氢气），所以添加蒸气还可以降低体系中苯乙烯分压，对乙苯转化率有促进作用。该工艺是利用氯化钙与水作用而形成的氢氧化钙水溶液作为催化剂，对乙苯进行催化加氢还原反应来生产乙烯。催化剂以三氧化二铁为主，加氧化铬，氧化铜、氧化钾和其他助催化剂涂在氧化铁或者碳酸钾和其他载体表面，投料比是水蒸气：乙苯=2至3:1（质量比），反应得到气体混合物进行冷凝，油水分离、多塔分离精制后得到苯乙烯。2.5设计方案对苯乙烯分离，我的设计根据生产流程图应该是苯/甲苯塔、甲苯/乙苯塔，苯乙烯精馏塔。该工艺是利用氯化钙与水作用而形成的氢氧化钙水溶液作为催化剂，对乙苯进行催化加氢还原反应来生产乙烯。以苯乙烯精馏塔为主，因此，本人应在苯乙烯精馏塔上做物料衡算。设计条件如下：操作压力：4kPa（塔顶表压）单板压降≤0.7KPa原料规格：乙苯（99.6%），视为纯物质产品：苯乙烯（99.7%）全塔效率：E0=N生产能力为：12万吨/年冷凝器：水进口温度为293K,出口温度323K,△t=30K;年生产时间为

3.工艺计算3.1物料衡算相关技术条件：质量的守恒定律是为“进入一个系统的全部物料量，必须等于离开这个系统的全部物料量乙苯脱氢反应方程式为：主反应:副反应C（1）转化率为：90%（2）选择性分别为1%，3%。苯乙烯年产12万吨。为了充分来利用设备，要合理控制生产时间，尽量尽可能多的生产时间，则真正生产的时间为360天。可知每批料的生产能力为（120000×103/360）Kg/天=333×103Kg/天。投料乙苯量为：（原料实际投入量：（反应器出料为：m苯乙烯=（1.m氢气=m甲苯=（m苯=（1.63768×10m乙烯=（1.63768×10m甲烷=（1.63768×104×乙苯剩余量：1.63768×10反应器进出料组成：表3-1反应器进口组成进料组成质量Kg出料组成质量Kg乙苯（99.6%）16442.6乙苯（100%）1637.68苯乙烯14460甲苯425.81苯120.33乙烯45855氢气277.7甲烷740.47总计16442.6总计16442.63.2甲苯/乙苯塔甲苯/乙苯塔塔顶：乙苯<0.4%，塔底甲苯<0.5%。在甲苯/乙苯塔中其进料组成及平均操作条件下各组分对关键组分的相对挥发度如下表：表3-2关键组分相对挥发度组分苯甲苯乙苯苯乙烯总计相对挥发度5.722.2610.629.7对于精馏塔的物料衡算本设计采用清晰分割，即若两关组分的挥发度差异比较大，且两者为相邻组分，此时可认为比重关键组分还重的组分全都是在塔底产品，比较关键组分还轻的组分全部都在塔顶产品中。塔顶：m苯=m甲苯=m乙苯=塔底：m苯乙烯=m乙苯=m甲苯=425.81甲苯/乙苯塔物料衡算表如下：表3-3甲苯/乙苯塔塔顶塔底组成组分苯甲苯乙苯苯乙烯塔顶组成Kg120.33425.811637.6814460塔底组成相对挥发度5.722.2610.62总计：m=120.33+425.81+1637.68+14460+5.72+2.26+1+0.62=16653.42Kg3.3苯/甲苯塔将我们乙苯塔塔顶的物料送到苯∕甲苯塔中，进行分离苯∕甲苯塔进料组成：m苯=进料量总计：m=120.33+425.81+1637.68=2183.82kg3.4苯乙烯精馏塔的计算我们把物料加到苯乙烯的精馏塔中再进行分离设计条件如下：操作压力4kPa（塔顶表压）；进料热状况自选；回流比自选；单板压降≤0.7kPa；全塔效率;乙苯的摩尔质量：苯乙烯的摩尔质量：进料质量分数：塔顶馈出液质量分数原料乙苯组成：塔顶组成：，进料平均摩尔质量：塔顶流出液平均摩尔质量：按照上步计算出来的摩尔质量、摩尔分率下面进行物料衡算。根据全塔物料衡算及轻组分衡算列平恒方程式，计算过程如下：F=D+W、F原料处理量：F=146.5kmol/h，代入公式：146.5=联立解得D=145.6kmol/h

4设备计算与选型通过计算我们知道D=145.6kmol/h，，设可知原料液的处理量为F=146.5kmol/h，由于每小时处理量很小，所以先储存在储罐里，等100小时后再精馏。故D=145.6kmol/h，F=146.5kmol/h组分为XF=0.99，要求塔顶馏出液的组成为XD=0.996，塔底釜液的组成为4.1塔板数的确定理论板层数的求取可采用图解法求理论板层数。①我们由物性手册查得物系的气，液平衡数据，绘出x—y图，见下图4.1。图4.1图解法求理论板层数②求最小回流比及操作回流比。在这里我们采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e（0.45，0.45）作垂线ef即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为yq=0.667 故最小回流比为：取操作回流比为：R=2③图解法求理论板层数在这里我们要采用图解法求理论板层数，如图4.1。求解结果为总理论板层数=12（包括再沸器）进料板位置实际板层数的求取通过计算实际塔板层数，查图4.1我们得知，全塔板效率约为0.52，总理论板层数NT=12,精馏段理论板层数是5，提馏段理论板层数是7；精馏段实际板层数：E0=NNe,;代入公式提馏段实际板层数：E0=NNe代入公式4.2精馏塔的工艺尺寸及有关物性数据的计算1.精馏段物性衡算（1）操作压力计算塔顶操作压力kPa每层塔板压降进料板压力精馏段平均压力（2）操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙苯，苯乙烯的饱和蒸气压由安托尼方程计算，计算的结果是：塔顶温度℃进料板温度℃塔底温度tW=105.2℃因此在此这里的过程中精馏段平均温（3）精馏段精馏塔的气液相负平均温度为：平均压力求精馏塔的气、液相负荷,过程如下：因为V=L+D,V=（R+1）L=RD=V=(4)操作线方程精馏段操作线方程为（5）平均密度的计算∕m3液相的平均密度的计算,液相的平均密度依下式的计算，即:塔顶的液相的平均密度的计算,由=82.1℃，查手册得=812.7kg∕m3 807.9kg∕m3kg∕m3进料板的液相的平均密度的计算,由=793.1kg∕m3，790.8kg∕m3进料板液相的质量分率：kg∕m3精馏段的液相的平均密度为：（812.5+791.6(6)平均摩尔质量计算塔顶平均摩尔质量,由查平衡曲线得:=0.9160.9×106.16+（1-0.9）×104.14=105.958kg∕koml0.916×106.16+（1-0.916）×104.14=105.99kg∕koml进料板的平均摩尔质量计算,由图解理论板得:0.604查平衡曲线得:0.3880.604×106.16+（1-0.604）×104.14=105.360kg∕koml0.388×106.16+（1-0.388）×104.14=104.923kg∕koml精馏段平均摩尔质量：（105.360+104.923）/2=105.1415kg∕koml(7)液体平均表面张力计算液体的平均表面张力我们塔顶的液相平均表面张力的计算，过程如下：由=82.1℃，查手册得21.24mN∕m，21.42mN∕m0.9×21.24+0.1×21.42=21.25mN∕m进料板的液相平均表面张力的计算,由99.5℃，18.90mN∕m，20.0mN∕m0.388×18.90+0.612×20.0=19.57mN∕m精馏段液相平均表面张力为:（21.25+19.57）÷2=20.41mN∕m(8)液体平均粘度计算液体的平均的粘度依下式计算塔顶的液相的平均粘度的计算,由=0.302mPa·s，0.306mPa·sLg0.9lg（0.302）+0.1lg（0.306）解出0.302mPa·s进料板的液相的平均粘度的计算,由0.256mPa·s0.265mPa·sLg0.388lg（0.256）+0.612lg（0.265）解出0.261mPa·s精馏段的液相的2.提馏段物性衡算操作温度已求得，，求出提馏段的操作温度为：（2）平均密度前面已求出，，，提馏段液相组成：提馏段气相组成：气液相的平均摩尔质量，过程如下：根据表4-1，即不同温度下乙苯-苯乙烯的密度表格，求得了在、下的乙苯和苯乙烯的密度；知，。表4-1不同温度下乙苯-苯乙烯的密度表格温度℃乙苯的密度㎏/m3苯乙烯的密度㎏/m36083187380813856100795838120776820140756801160736781（3）提馏段精馏塔的气液相负荷：提馏段平均温度为:提馏段精馏塔的气液相负荷：=L+F=439.712+146.5=586.212kmol/hkmol/h（4）操作线方程提馏段操作线方程为:（5）平均粘度由提馏段的平均温度，我们查液体的粘度常数表以及粘度图，知乙苯的粘度为，苯乙烯的粘度为。提馏段的粘度：（6）相对挥发度由塔底的气相，液相组成和，我们按公式，求得其相对挥发度，可知，提馏段的平均相对的挥发度（7）平均表面张力,即不同温度下乙苯−苯乙烯的表面张力表格，得塔底液相平均表面张力为:得得所以，又，则提馏段平均表面张力为：4.3塔径及塔高的计算1.塔径的计算（1）精馏段精馏段的气、液相体积流率为0.690∕s式中C是由式计算，其中的由课本查取，=4.018取板间距，板上液层高度hL=0.06m，则hL=0.40-0.06=0.34m图4.2史密斯图查4.2图得=0.072;我们U=0.70.7×1.196=0.837m∕sD=m按标准塔径园整后为D精馏段塔的截面积为：实际空塔气速为：（2）提馏段提馏段气液相体积流量的计算质量流量：体积流量：查4.2图横坐标的确定：同样取板间距为，上液层高度，则查4.2图，得令安全系数为0.7则0.7我们按标准塔径圆整，则提馏段提馏段塔的截面积为：实际空塔气速为：精馏段的塔径为：D1=1.0m,提馏段的塔径为：D2=2.5m,两者虽然差距较大，取下塔径一致，则精馏段的2.精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为：（10-1）×0.4=3.6m提馏段有效高度为：（15-1）×0.4=5.6m在进料板的上方开一人孔故精馏塔的有效高度为：Z=3.6+5.6+0.8=10m4.4塔板主要工艺尺寸的计算1.精馏段溢流装置计算因塔径为D=1.0m，可选单溢流弓形降液管，我们采用凹形受液盘。计算（1）堰长，取=0.66D=0.66×1.0=0.66m（2）溢流堰高度，取我们选用平直堰，堰上的液层高度由下式计算即近似取E=1，则取板上的清液层高度为=60mm，故（3）弓形降液管宽度，由，查课本图我们得故=0.0722=0.0722×0.785=0.0567m20.124×1.0=0.124m依下式验算停留时间大于5s故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度h0取∕s则＞0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度为2.提馏段溢流装置计算(1)堰长同样取溢流堰高度我们选用平直堰，堰上的液层高度（近似取）又，取，所以(3)弓形降液管宽度取提馏段的堰长与精馏段相同，则，。验算液体在降液管中提留时间大于5s故降液管设计合理。（4）降液管底隙高度h0我们取降液管底隙的流速，则精馏段，＞0.006m故降液管底隙高度设计合理。选用凹形受液盘，深度3..塔板布置（1）塔板的分块因D≥800mm，故塔板我们采用分块式。查（2）边缘区宽度确定取（3）开孔区面积计算开孔区面积Aa按下式计算，即其中故=0.532m2（4）筛孔计算及其排列所处理的物系无腐蚀性，可选用=3mm碳钢板，取筛孔直径d=5mm。筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为t=3d=3×5=15mm筛孔数目n为开孔率为气体通过阀门的气速为∕s4.5筛板的流体力学验算1.塔板压降（1）干板阻力计算干板阻力由下式计算，即由故（2）气体通过液层的阻力h1计算气体通过液层的阻力h1由下式计算，即m∕s∕（s·）查图得，故（3）液体的表面张力的阻力气体从过每层塔板的液柱高度，0.0416+0.0366+0.0021=0.080液柱气体通过每层塔板的压降为0.08×802.1×9.81=629Pa小于设计值2.液面落差对于筛板塔，液面落差很小，且塔径和液流量均不大，故可忽略液面落差的影响。3.液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即故∕kg气所以4.漏液对于筛板塔，漏液点气速=5.985m∕s实际孔速∕s稳定系数为K=﹥1.5故设计中无明显漏液。5.液泛我们为了物系属一般物系，取，则而板上不设进口堰，可由下式计算，即=0.153=0.08+0.06+0.001=0.141液柱故本设计中不会发生液泛现象。

5.精馏塔塔板负荷性能图的绘制5.1精馏段塔板负荷性能图5.1.1精馏段操作范围的确定（1）漏液线==，根据LS求出VS:表5-1精馏段漏液线LS,min(m3/s)00.020.040.060.08VS,min(m3/s)4.55.66.77.48.7液体流率下限线规定（或0.06m）时，液体的流率达到下限，将达到下限时的值代入液体流率上限线液泛线表5-2精馏段液泛线LS1,(m3/s)0.020.040.06VS1,(m3/s)19.416.39.8雾沫夹带上限线=表5-3精馏段雾沫夹带线LS,min(m3/s)00.020.040.060.08VS,min(m3/s)21.2319.7616.3413.3410.975.1.2绘制精馏段的负荷性能图图5-1负荷性能图查图取一个点，最大值24.6m3/s，最小值6m3/s操作弹性为：24.6/6=4.15.2提馏段塔板负荷性能图5.2.1提馏段操作范围的确定（1）漏液线==0.0003表5-4提馏段漏液线LS,min(m3/s)00.020.040.060.08VS,min(m3/s)4.235.676.077.67.13（2）液体流率下限线规定（或0.06m）时，液体的将达到下限时的值代入（3）液体流率上限线（4）液泛线表5-5提馏段液泛线LS2,(m3/s)0.020.040.06VS2,(m3/s)20.717.210.6（5）雾沫夹带上限线=表5-6精馏段雾沫夹带线LS,min(m3/s)00.020.040.060.08VS,min(m3/s)20.8918.5315.9713.0110.035.2.2绘制提馏段的负荷性能图图5-2负荷性能图查图取一个点，最大值22.2m3/s，最小值6m3/s操作弹性为：22.2/6=3.7

6附属设备设计6.1冷凝器的设计冷凝器我们按其制冷介质和冷却的方式，可以分为水冷式，空气冷却式和蒸发式三种类型。蒸发式冷凝器主要是利用冷却水蒸发时吸收潜热而使制冷剂蒸气凝结。根据能量守恒原理，假设热损失可忽略不计，则单位时间内热流体放出的热量等冷流体吸收的能量。热负荷Q为：式中KJ/（Kg·℃）；t－冷流体的温度，℃。Q=75229267.37kJ℃查得，所以℃故我们查化工原理上册得，选用TB/4715-92，列管尺寸为直径19mm；管心距为25mm；管程数为1；管子总根数1267个；中心排管数为39个；管程流通面积为0.2239m2列管长度6000mm，换热面积446.2m2，，所以我们需要3个这样的换热器。冷凝器进口组成：表6-1进料组成组分乙苯苯乙烯甲苯苯乙烯氢气甲烷总计质量Kg1637.6814460425.81120.3345855277.7740.4716442.6冷凝器顶口出料气体为：乙烯4585Kg，氢气277.7Kg，甲烷740.47Kg；混合物温度很高，用冷凝器加以冷凝，除去水，温度必须控制在20℃左右。。冷凝器底物料组成：表6-2冷凝器底物料组成组分乙苯苯乙烯甲苯苯质量Kg1637.6814460425.81120.336.2设备一览表及公用工程本设计年产12万吨苯乙烯需要的设备及其规格如表6.2表6-2主要生产设备一览表序号项目规格数量1过热蒸汽炉选用HS201或HS21912脱氢反应器选用标准23氧化脱氢反应器选用标准14冷凝器G273I−16−515气体压缩机选用标准16苯乙烯精馏塔筛板塔Z=10m，D=1m17动力泵2BA−6A型，流量20m3/h8注：另需配套管道阀门若干；100～150吨风冷水塔2个，作为冷却水循环使用装置。

7三废处理1.废水：化工废水就是化学的工业生产过程中所排放的污水，它包含了随水损失的化工原料、中间产物等，产品和生产中的污染物。由于废水量大，成分复杂，所以废水处理难度较大。该工艺产生的工业废水，主要来源于式缩合反应所产生的水分，经过多次中和洗去水分、脱酮、脱苯过程中产生气体蒸汽冷却水，废水含钠盐和苯。因此，必须使用除臭剂来去除废气中的臭味。治理办法，一是从过程中降低废水排放量，采用沉降法对废水进行悬浮物质分离，苯是一种有毒物质，可考虑采用活性分离或者膜分离的处理手段进行分离，还可通过连续萃取进行回收处理，处理后废水合格后才能排放，也可以作循环利用。2.废气：化学工业大气污染物：有的含有有毒物质，一些是致癌物质，威胁着人类，部分具有强腐蚀性，有的易燃易爆气态物。在该工艺生产中，由于某些低沸点组分的存在，使其具有臭味。通常用填料式废气洗涤器，经水洗，去除臭味而消除。3.废渣：化学工业固体工业废弃物，属于工业固体废弃物范畴，主要是指硫酸烧渣，铬渣等、制碱废渣及磷肥工业废渣等。在该工艺生产过程中，由于山苍子油含少量的重组分物质，可通过燃烧来进行加工。

8经济性分析8.1流动资金（1）生产原料所占用资金。（2）库存产品、半产品所占用资金。（3）库存备品备件及低值易耗品占用资金。（4）支付工资，贷款利息等。工人工资及奖金约为2000元每人每月，则一年为2000×32×12=768000元，取77万元。考虑到化工设备特点，折旧年限一般在8～15年。本工艺取10年。8.2经济效益评估上网查得原料和产品的