1、苯乙烯工藝設計任務及要求XX理工大學課程設計任務書學生姓名： 專業班級:指導教師：工作部門：一、課程設計題目 年產xx萬噸苯乙烯工藝設計二、課程設計內容1. 文獻檢索、分析、綜述設計項目的目的和意義；2. 工藝方法選擇及其論證；3. 工藝流程設計及論證；4. 物料衡算、熱量衡算；5. 部分設備的選型及管路設計；6. 繪制工藝流程圖、車間平面布置圖、車間設備布置圖；7 .撰寫、排版設計說明書。三、進度安排第15周：課程設計動員，下達任務書；第15-17周（業余時間）：查閱文獻、綜述設計項目的目的和意 義；確定生產方法和生產工藝流程。第18周（4整天）：物料衡算、熱量衡算；第19周（業余時間）：部

2、分設備的選型及管路計算，整理說明 書；第20周（4整天）：繪圖和答辯。四、基本要求1.學生要刻苦鉆研，勇于創新，獨立完成課程設計任務，不準 弄虛作假、抄襲別人的成果，保質保量地完成課程設計的任務。2嚴格遵守紀律，在指定的地點進行課程設計，不得擅自帶離 學校。3自覺遵守教室使用的相關規則，定期打掃課程設計工作現場 的衛生，保持良好的工作環境。4課程設計成果及資料按時提交。5. 認真準備答辯。教研室主任簽名：2011 年 6 月 1 日5 / 37摘要本書重點介紹化工生產工藝設計的流程及工藝設計的所有必要部分。 設計的主要內 容包括一下六個部分：進行國內外市場分析、生產工藝方法選定、物料和能量衡

3、算、生產設備的設計、車間布置設計、利潤評估。本設計題目為年產 83萬噸苯乙烯工藝設計， 主要根據中科院發明的稀乙烯合成乙苯 和參照魯姆斯公司生產苯乙烯的技術，以乙苯脫氫法生產苯乙烯工藝，其具有以 下優勢：高能量回收；操作簡單方便；安全性能高 ；低耗能；高經濟效益等 本設計注重理論聯系實際，并突出化工工藝的概念。在設計過程中以“低耗能、低 污染、低成本、切實可行 ”的設計理念進行設計，在現有的生產工藝基礎上，參考 中國科學院的先進乙苯合成工藝進行設計，設計方案現實可靠，且又不失創新性。 本設計書由初學者所編而且時間比較倉促， 有些設計因素被忽略， 設計思路不夠嚴 謹，但其影響有限，所以基本能滿足

4、化工工藝生產設計的要求。本設計尚有不足 之處，請各位讀者和指導老師提出您的寶貴意見。關鍵詞 ：工藝設計 市場分析 衡算 催化脫氫 可靠AbstractionThis book is mainly about the necessary parts of the design for theprocess of chemic production and process planning. The main content ofdesign consists of six parts: to analyze the market of styrene of domestic and abroad

5、 ,to choose the way of produce ,the calculation of energyand material ,to design the equipment , to dispose the equipment and to evaluate the profit.The subject of design is “to produce 830 hundred tons of styrene ”， mainly based on the Chinese Academyof Sciences technology to produce ethylbenzene a

6、nd James, companytechnology to produce styrene ,which has flowing advantages:large energy to recover ,simple operation ,safe ,low energy exhaust and high profit.This book was edited by a beginner so that some points may be ignored and the ideal may not be strict with limit effect , so the design sho

7、uld Be able to satisfy the requirement of design .I am sincerely hope the reader point out the error when you find and give your precious suggestions. Key words : process planning , market analysis ,entropy balanc，e catalytic dehydrogenation , reliable目錄北京理工大學珠海學院 I摘 要 IIIAbstraction IV第一章 緒論 1第二章 物

8、料衡算 62.1 、計算依據 6第三章 熱量衡算 143.1 、熱量衡算圖 143.2 、各物質熱系數 143.3 熱量計算 15第四章 主要設備的計算與選型 174.1 、乙苯苯乙烯精餾塔計算 174.2 、泵的計算和選擇 204.3 接管選擇 224.4 、換熱器設計 24第五章 自動化控制和優化 275.1 乙苯合成反應器溫度控制方案 275.2 進料比例控制 27第六章 經濟概算 28第七章 存在問題和建議 29結束語 30參考文獻 31苯乙烯工藝設計任務及要求第一章 緒論1.1設計依據根據北京理工大學珠海學院下發的化工工藝課程設計書以及中科院大連化物所、撫順石化公司石油二廠、洛陽石化

9、工程公司聯合開發的稀乙烯工藝，魯姆斯（Lummus公司生 產苯乙烯的技術進行設計1.2產品規格、性質、用途及市場分析 苯乙烯產品規格：（外觀：無色透明液體，無機械雜質，無游離水）表1-1苯乙烯產品規格一級二級色度號1550苯乙烯含量%99.699.0 (wt)聚合物PPm1050(wt)二乙烯基本%0.0030.005(wt)總芳烴%0.51.0(wt)苯甲醛%0.020.4(wt) 苯乙烯性質苯乙烯是含有飽和側鏈的一種簡單芳烴，是有機化工重要產品之一，為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于水，25攝氏度時其溶解度為0.066%,能溶于甲醇，乙醇，乙醚等溶劑中 苯乙烯用途苯乙烯

10、（SM 是合成高分子工業的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹脂，也 易與丙烯腈共聚為AS塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯腈共聚為ABS塑料，還能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚酯樹脂等。由苯乙烯 共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。目前，其生產總量的三分之二用于生產聚苯乙烯，三分之一用于生產各種塑料和橡膠。 苯乙烯國內外市場分析國內市場進入本世紀以來，我國苯乙烯的表觀需求量逐年增長，2001-2007年由220萬噸增加到548萬噸，七年累計增加了 150%國內苯乙烯產量在2001-2004年變化不大，自 2005年開始，隨著上海申科，中海殼牌

11、，江蘇雙良，常州東吳等裝置的建成投產，產 量出現了較大的增長。以此對應的是進口量開始下降，05-06連續兩年出現了負增長。國內苯乙烯進口依存度由04年74.5%下降到51%但還是很大程度上長期處于短缺狀態 一直以進口來滿足國國內市場需求據調查，2012年之前，國內將新建或擬建苯乙烯項目大約有十個，總產量達到250萬噸，但隨著國外苯乙烯產能逐步向中國轉移，國內苯乙烯產業將面臨著越來越大的挑戰，尤其是中東國家苯乙烯的幾口比重將明顯增加，鑒于其低成本優勢，國內苯乙烯市場將面臨更加激烈的競爭。國外市場目前，全球苯乙烯的產量不斷的增大，根據美國析邁( CMA)公司2008年9月的 分析預測，鑒于低成本的

12、中東生產商對市場的較大影響，全球到 2013年的苯乙烯市場 將會供過于求高達250萬噸/年同時，CMAI稱，由于經濟增速放慢，全球苯乙烯的需求增長率預計會降低。1.3工藝路線論證本次設計是以苯和乙烯為原料進行合成生產苯乙烯，其過程主要包括兩部分：乙烯和 苯合成乙苯；乙苯進一步合成苯乙烯A乙烯和苯合成乙笨目前以乙烯和苯為原料合成乙苯主要有純乙烯法和稀乙烯法 純乙烯工藝純乙烯工藝主要有氣相分子篩法、液相分子篩法和催化精餾法。 稀乙烯工藝中科院大連化物所、撫順石化公司石油二廠、洛陽石化工程公司聯合開發的稀乙烯工 藝，在沸石催化劑存在下和苯進行烴化反應，烴化反應過程采用干氣和/或低溫氣相苯 取熱，減少

13、反應溫升；烴化反應產物汽液分離后，尾氣經低溫吸收排出裝置，中間副產 物二乙苯與苯混合進入反烴化反應器在分子篩催化劑上進行反烴化反應進一步轉化為乙 苯。本發明有效降低稀乙烯制乙苯過程的苯耗和能耗，乙烯轉化率不低于99%，生成乙苯的總選擇性不低于99%，尾氣攜帶苯回收率不低于99.5 %，乙苯中二甲苯含量在800 ppm以下。目前國內外比較多地采用純乙烯工藝，但本次設計考慮到要經過中間反應才能得到 目的產物，故要求乙烯和苯合成的乙苯具有高純度，這樣可以減少中間的分離能耗和設 備投資，從而減少經濟成本，故采用稀乙烯法，采用惰性氣體純乙烯混合，對乙烯進行 稀釋，其反應過程如下方程式苯+ C2H2 乙苯

14、乙苯+ C2 二乙苯二乙苯+苯乙苯此過程的中間主要副產物二乙苯和笨能夠發生反烴化反應進一步轉化為乙苯，這樣既 能生產出高純度的乙苯，又不需要在這道生產工藝中設置精餾系統，大大降低了生產成 本B乙苯進一步合成苯乙烯目前苯乙烯主要由乙苯轉化而成，可通過如下四條工藝路線進行(1) 苯乙酮法這種方法是較早以前采用的，其步驟主要為氧化，還原和脫水三步，方程式：C6H5C2H5 + O 2 e6HCOC3+ H 2。GI4COC3+ H2 eHsCHOHCHGHsCHOHC H一b 6H5CHCH+ H 2O2 / 37苯乙烯工藝設計任務及要求該法苯乙烯產率為75-80%，略低于苯乙烯脫氫法的產率，但中間

15、副產物苯乙酮的產 值較高，苯乙烯的精制部分分離較容易，故此法在國外仍有采用(2) 乙苯和丙烯共氧化法本法在堿性催化劑作用下，使乙苯液相氧化成過氧化氫乙苯，然后和苯乙烯進行環 氧化反應生成環氧丙烷，一本過氧化物則變為乙苯乙醇，乙苯過氧化物則變為乙苯乙醇, 再經脫水變成苯乙烯GHGH + 0 2 6H5CHOOHCH GI4CH00HCHCH 3CHCHCeHCHOHCHCsfOCHCHOHC H C6H5CHCH+ H 2O本方法產率約為65%,低于脫氫法的差率，但他能生產有機重要原料環氧丙烷，綜 合平衡仍有工業化價值，故目前國外也有采用此法生產(3) 乙苯氧化脫氫法乙苯氧化脫氫法是目前尚處于研

16、究階段的生產苯乙烯的方法，在催化劑和過熱蒸汽的 存在下進 2C6HsC2H5 + O 22C6H5CHCH+ 2H 2O(4) 乙苯催化脫氫法這是目前生產苯乙烯的主要方法，目前世界上大約90%勺苯乙烯采用該方法生產。 它以乙苯為原料，在催化劑的作用下脫氫生成苯乙烯和氫氣。反應方程式如下：主反應 C 6F5C2F5 ”6HCHCH+ H 2畐I反應 C 6HC2H + H 2 6I4CH+ CHC6H5GH5+ H2 C6“ + CHsCHC6HC2H66 + CH2CH本設計就采用乙烯和苯為原料，采用稀乙烯工藝和乙苯催化脫氫法結合生產苯乙烯 工藝特點和優點：(a) 高產率高純度的乙笨生產工藝采

17、用干氣合成，高轉化率和高選擇率(b) 低耗能在合成乙苯后不需要進行蒸餾分離，直接作為合成苯乙烯的原料(c) 特殊的脫氫反應器系統：在低壓(深度真空下)下操作以達到最高的乙苯單程轉化率和最高的苯乙烯選擇性。(d) 高能量回收：利用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產物的冷凝熱來汽化乙苯和水的共沸物，并直接送至脫 氫反應器進行供熱，而不需要任何壓縮設備。(e) 操作簡單方便：該設計生產流程簡單，生產設備比較先進和成熟，穩定性比較好(f) 高選擇性和高穩定性催化劑(g) 安全性能高利用自動化連鎖系統，當在任何一個環節出問題時，整個生產系統將會自動進 入停車狀態，從而保證生產的安全(f)加入阻聚劑阻聚劑能阻止苯乙烯

18、在生產和保存過程中集合成集苯乙烯，從而保證了產品質量1.4工藝流程設計苯乙烯工藝設計任務及要求1.5生產工藝與流程敘述Xq rTO rm本次工藝流程主要包括三個部分：乙苯合成、乙苯催化脫氫、苯乙烯精制將原料乙烯干氣進過預熱器進行預熱， 然后和笨一起經過泵打進烷基化反應器，反應器溫度控制在38042dC，得到純度為98聽苯（純度較高，不需經過分離），經過 與過熱水蒸氣混合預熱，然后打入一個兩段、絕熱的徑向催化反應系統內脫氫反應器進 行脫氫，出來的混合液經過冷凝使甲烷，氫氣等輕組分分離，甲烷和氫氣等回收作為燃 料用，利用冷凝器的熱量生產水蒸氣，苯乙烯、未反應乙苯、苯、甲苯和少量高沸物中 加入一種不

19、含硫的阻聚劑（NSI）以減少聚合而損失苯乙烯（SM單體，然后在乙苯/苯乙 烯單體（EB/SM）分餾塔進行分離，塔頂輕組分（EB及輕組分（苯/甲苯）從塔頂取得）去 乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，甲苯返回乙苯合成段作為原料，回收的乙苯 返回脫氫反應器原料中。EB/SM塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分餾塔 內進行分餾，塔頂產品即為苯乙烯（SM單體產品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的 燃料，蒸汽 過熱器所需大部分燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油 。1.5綜合利用及三廢處理1副產品處理一覽表表1-2副產品處理一覽表名稱單位處理方法苯、甲苯T/a作為有機溶劑出廠焦油T/a作為燃料2廢物處理一

20、覽表表1-3廢物處理一覽表名稱單位狀態毒性處理方法觸媒殘渣T/a固體有挖坑掩埋脫氫尾氣Kg/a氣體微作補充燃料油水分離器污水T/t液體微符合國家標準排入下水道33 / 37第二章物料衡算2.1、計算依據本次設計是從乙烯和苯為原料先合成中間產物乙苯，乙苯再經過脫氫生成苯乙烯。 乙苯的合成采用的是新工藝(由中科院大連物化研究所張仲利等人發明設計的，集體分析看緒論中的工藝比較)，基本上不產生副產物，其轉化率達到99%選擇率99%按1:1 進料原理如下方程式笨+ C2H2 乙苯(1)笨+ C2H2 二乙苯 笨 乙苯(2)而乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個單元，是具有循環物流的復雜化工過程， 其流

21、程框圖如附圖1。乙苯脫氫反應在裝有鐵系催化劑的列管反應器中進行，反應方程式為： 主反應 C6H5C2H5gHCHCHR H 2(3)副反應 C eHCHC 卜+CH2CH(4)CeHCH + H 26I4CH + CH4(5)水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質量比為 2.6 : 1反應壓力為150000Pa (絕)，反應 溫度為590E，反應器進口溫度 630E ,乙苯總轉化率為65%各反應選擇性分別為：()90%、(b)3%、(c)7%、為簡化計算，假定：(1) 反應 混合原料組成：苯：純度為 99.8%( W% )，乙烯：純度99.8%( W% )，(2) 水蒸汽為惰性組分，不發生水蒸汽轉化反

22、應，并且無結焦反應。(3) 冷凝液經油水分離器分離成水和有機混合物，水中夾帶芳烴量為500mg/L,夾帶芳烴組成同有機混合物相同。有機混合物中水量很少可忽略。(4) 阻聚劑加入量為有機混合物量的0.03(W%)。(5) 精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%精餾塔真空操作，塔頂壓力50mmHg()乙苯苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力200mmHg塔頂苯乙烯含量0.25%,塔釜乙苯 0.3%(7) 苯甲苯塔塔頂壓力160mmHg塔頂甲苯0.5%,塔釜苯0.2%。(8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯0.1%,塔釜甲苯0.4%2.2、合成與分離衡算按每年300天生產，每天不停產，既是每天24小時，則一年7200小時 則

23、產品流量為 83 x 107kg/7200=1.16 x 105kg/h即 1.16 x 105/104=1100kmol/h笨 + C 2H2 乙苯1100 kmol/h 1100 kmol/h 1100 kmol/h則需要苯和乙烯進料量=1100/ (0.65 x 0.90 x 0.99 x 0.99 x 0.98) =1880 kmol/hA乙苯的合成(采用質量比為2.8:1進料)反應器進料G1乙烯： 68.5kg/h 68.5*28=1918kom/L 笨 ：24.6kg/h 24.5*78=1918 kom/L 根據方程式( 1)得乙苯產量=1918X 0.99 x 0.99 x 0

24、.998=1880 kom/LB 反應器出料 G2乙苯：1918 kom/L乙烯：19.18 kom/L笨 ：19.18 kom/LC苯乙烯合成 反應器的出料 G4 根據方程式( 3)得苯乙烯產量 =1918x0.65x0.9=1100 kom/L 生成氫氣的量 =1100 kom/L副反應： 據化學反應式 (2) C8H10-C6H6+C2H4 選擇性 3%(1) 生成的苯： 1880x 0.003 x 0.65=36.66(2) 生成的乙烯： 36.66 據化學反應式 (3) C8H10+H2-C7H8+CH4選擇性 7% 消耗 H量1880 x 0.007 x 0.65=85.54kmo

25、l/h(2) 生成的甲苯量 85.54 kmol/h(3) 生成的甲烷量 85.54kmol/h 則反應器出口的物料組成乙苯 1880 x(1-65%)=658 kmol/h苯乙烯 1100kmol/h甲苯 85.54kmol/h苯 36.66+19.18=55.84 kmol/h乙稀 19.18 + 36.66=55.84kmol/h甲烷 85.54 kmol/h氫氣 1100-85.54=1014.46kmol/hD、進反應器的蒸汽量G31880 x106x2.6=518128kg/h 518128/18=28785kmol/h 反應器出口的有機混合物質量組成名稱kg/hW%乙苯658x

26、106=6974835.74苯乙烯1100x 104=11440058.61甲苯85.54x 92=66723.42苯55.84x 78=43562.23合計195176100.00E、 冷凝器頂物料 G5氫氣 1014.64 kmol/h甲烷 55.84kmol/h 乙稀 85.54 kmol/hF、 冷凝器底物料 G6 乙苯 658 kmol/h 苯乙烯 1100 kmol/h 甲苯 85.54 kmol/h 苯55.84 kmol/h水 28785 kmol/hG、 分離器底的廢水組成 G7因廢水中夾帶的芳烴量為500mg/L,芳烴組成同有機混合物 廢水中夾帶的芳烴量28785X 0.0

27、005=259kg/h 則廢水中損失的芳烴量kg/hkmol/h乙苯259X 35.74%=92.6kg/h0.0551苯乙烯259X56.61%=146.6 kg/h0.0606甲苯259X 3.42%=8.86kg/h0.00591苯259X 2.23%=5.88kg/h0.00237H分離器頂的有機混合物組成G8乙苯658-0.87=657.13kmol/h苯乙烯 1100-1.41=1098.59kmol/h甲苯85.84-0.096=85.44kmol/h苯55.84-0.075=55.77kmol/hI 、阻聚劑加入量 G9 因為阻聚劑加入量為有機混合物的 0.03W%阻聚劑加入量

28、=195176X 0.03%=58.55kg/h , 即 58.55/184=0.318kmol/h 乙苯苯乙烯塔J.乙苯苯乙烯塔的進料 G10乙苯657.13 kmol/h苯乙烯 1098.59kmol/h甲苯85.44 kmol/h苯 55.77kmol/h阻聚劑 0.318 kmol/h進料量 F i = 657.13+1098.59+85.44+55.77+0.318=1897.25kmol/h進料組成mol%乙苯657.13/1897.25=0.346苯乙烯 1098.59/1897.25=0.579甲苯85.44/1897.25=0.045苯55.77/1897.25=0.030阻

29、聚劑 0.318 /1897.25=0.00017K、 乙苯-苯乙烯塔頂的物料 G11（選輕關鍵組份為乙苯，重關鍵組份為苯乙烯）D1=657.13X（1-0.003 ）+1098.59X0.0025+85.44+55.77=800kmol/h注意事項（乙苯苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力200mmHg塔頂苯乙烯含量0.25%,塔 釜乙苯0.3%。）Xde=55.77/800=0.07Xdee=657.13 X (1-0.003)/800=0.82Xdsty=1098.59 X 0.0025/800=0.003Xdte=85.44/800=0.10L、乙苯一苯乙烯塔底的物料 G12W i=FiD=18

30、97.25-800=1097.25kmol/hX we=657.13 X 0.003/1097.25=0.0018Xwst= 1098.59 X( 1-0.0025 ) /1097.25=0.998X 阻聚劑=0.318/1097.25=0.00029甲苯/乙苯塔 (乙苯回收塔，塔頂乙苯0.1%,塔釜甲苯0.4%。選輕關鍵組份為甲苯，重關鍵組份為乙苯進料量 F2= Di = 800kmol/hM乙苯回收塔塔頂的物料G13D 2=55.77+85.44 X( 1-0.4%) +657.13 X( 1-0.003 ) X 0.1%=141.5 kmol/hXdb=55.77/141.5=0.338

31、Xdte=85.44 X( 1-0.4%) /141.5=0.658Xde=1-0.658-0.338=0.004N、乙苯回收塔塔底的物料G14W 2=F2-D2=800-141.5=658.5kmol/hXw=85.44 X 0.4%/658.5=0.0005X we=657.13 X (1-0.003 ) * (1-0.1%) /658.5=0.998X wsty=1098.59 X 0.1%/658.5=0.0017苯甲苯塔(苯甲苯塔塔頂壓力 160mmHg塔頂甲苯0.5%,塔釜苯0.2%。 選輕關鍵組份為苯，重關鍵組份為甲苯進料量 F3=Cb=141.5 kmol/hO苯一甲苯塔塔頂的

32、物料G15D 3=55.77 X( 1-0.2%) +85.44 X( 1-0.5%) X 0.2%=55.80kmol/hX de=55.77 X( 1-0.2%) /55.8=0.997X dte=85.44 X( 1-0.5%) X 0.2%/55.8=0.003P、苯一甲苯塔塔底的物料G16W 3=Fb-D3=141.5-55.8=85.7 kmol/hX wB=55.77 X( 1-0.5%) * (1-0.2%) /4.3093=0.9721X we=40.0149* (1-0.003 ) *0.3%/4.3093=0.0273苯乙烯精餾塔選輕關鍵組份為苯乙烯，重關鍵組份為焦油F

33、4=W=1097.5kmol/hQ、苯乙烯精餾塔塔頂的物料G17D 4=657.13 X 0.003+1098.25 X( 1-0.25%)X 95%=1042.70 kmol/hX deb=657.13 X 0.003/1042.70=0.002X dsty=1098.25 x( 1-0.25%) *95%/41.83=0.9971R、苯乙烯精餾塔塔底的物料G17W 4=F-D4=1097.25-1042.70=54.55 kmol/hX wst=1098.25 X( 1-0.25%)X 5%/54.55=0.997X 阻聚劑=0.318/54.55=0.003物料衡算表表2-1合成乙苯進料

34、組成G1序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙烯19185370426.4502笨191814960473.850表2-2合成苯乙烯進料（合成乙苯出料）組成G2序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯19182033089898.812乙烯19.1853710.093苯19.18149610.18合計X1956.36205341100100表2-3平衡后水蒸氣的量G3序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1水蒸氣28785518128100100表2-4出反應器物料組成G4序號物料名稱kmol/hmol%1乙苯65821.52苯乙烯110036.03甲苯85.542.

35、84苯55.841.85氫氣1014.4633.26甲烷85.542.87乙烯55.841.8合計X3055.22100（為熱量恒算方便，省略焦油和水蒸氣）表2-5冷凝器頂物料組成G5序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1氫氣1014.642029.20.3810.8772甲烷55.84893.440.1680.0483乙烯85.842403.50.4510.075合計X1156.325326.12100.0100.0表2-6 冷凝器底物料組成 G6序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯6586974812.12.642苯乙烯110011440013.062.93甲苯85.

36、5466721.130.284苯55.8443560.380.115水蒸汽287852878573.3394.07合計X30684.38223961100.0100.0表2-7 油水分離器底的廢水組成G7序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯0.002370.18531.12.12甲苯0.005910.54451.13.63乙苯0.05515.8393034苯乙烯0.06066.3021.925993.8合計X1430.12425752.87100.0100.0表2-8有機混合物組成G8序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯6586974835.

37、7434.62苯乙烯11001144006157.93甲苯85.5466723.424.54苯55.8443562.232.9合計X1899.38195176100100表2-9加入阻聚劑G9序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1阻聚劑0.3182.808100100表2-10 加入阻聚劑后的乙苯苯乙烯塔進料組成G10序號物料名 稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯6586974835.7334.652苯乙烯11001144006157.983甲苯85.5466723.414.54苯55.8443562.222.96阻聚劑0.01532.8080.030.02合計X90.06139

38、351.33100100表 2-11乙苯-苯乙烯塔頂物料組成G11序號物料名 稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯85.447860.480.0960.1072乙苯655.269451.200.8480.8203苯55.774350.060.0530.0704苯乙烯2.75286.000.0030.003合計X799.1681947.5100100表 2-12乙苯-苯乙烯塔底物料組成G12序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯1.97208.80.00180.00182苯乙烯1095.81139630.99770.99793阻聚劑0.31858.50.00050.0003合計X

39、1098.1114230100100表2-13甲苯/乙苯塔塔頂物料組成 G13序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯85.17829.2000.6340 .6012乙苯0.6669.0.0060.0053苯55.774350.060.3520.394合計X141.512349.16100100表2-14乙苯回收塔塔底物料組成G14序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯0.3431.280.00040.00052苯乙烯2.10218.400.00310.00323乙苯654.569377.000.99640.9939合計X658.569626.7100100表2-15 苯

40、甲苯塔頂物料組成G15序號物料名稱kmol/hkg/hW%Mol%1甲苯0.1412.880.0030.00252苯55.664341.480.9970.9975合計X55.84354.36100100表 2-16苯甲苯塔底物料組成 G16序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1甲苯83.747704.080.9730.9772苯0.107.80.0010.0013乙苯1.96207.760.0260.023合計X85.77100100表 2-17精餾塔頂物料組成G17序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯乙烯1040.731082360.9980.9982乙苯1.972090

41、.0020.002合計X1042.7108444100100表 2-18精餾塔底物料組成G18序號物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1苯乙烯54.2356400.9900.9942阻聚劑0.318590.0100.006合計X54.555699100100第二章熱量衡算3.1、熱量衡算圖Q反應熱S3-1熱量娥算國3.2、各物質熱系數查化工熱力學，計算公式：G/R=A+BT+cT（ kJ/kmol K）表3-1 熱力學系數序號物質名稱a103b106C1甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.2063

42、9.064-13.3105甲苯0.29047.052-15.716查化工計算，G=a+bx 10-2T+cX 10-5T2+dx 10-9T3 (kJ/kmol K表3-2序號-物質名稱abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氫氣6.953-0.0460.096-0.21查汽化潛熱表（kJ/mol )表3-3名稱甲苯乙苯苯苯乙烯乙烯數值37.9942.2633.8540.83017.14各物質hfi （ kJ/mol ）表3-4名稱甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氫氣Hh-74.8552.26103.982.950.0025.7903.3熱量計算反應器：(A)帶入反應器熱(以2

43、5C為基準)1)蒸汽帶入：Q=MX( hi-ho)2)反應物帶入：Q2=AHi+AHv由設計要求知：(乙烯和笨)進料溫度為 T仁630C，故取T= (+%) /2+273.15= (630+25)/2+273.15=600.65K，根據物質 G表可計算得: 乙烯：C平均=(A+BT+CT) *R =62.18 (kJ/kmolK )笨：Cp平均=(A+BT+CT) *R=135.55 (kJ/kmolK)Cp m平均=Xyi Cp i 平均=98.87 (kJ/kmol K )A HV =Eni A HVi= 1880X 17.14+1880X 33.85=95861.2 (kJ/h)AH1=

44、 n 反應物Cpm平均 X(T-T 0)+ Eni Hvi=3760X 98.87 X (495.65-298.15)+95861.2=7.35 X 107(kJ/h)(B)帶出反應器熱量1)反應吸收熱量：Qk=AHr9乙苯脫氫反應在裝有鐵系催化劑的固定床反應器中進行，反應方程為：乙苯合成(1)(2)笨+ C2f乙苯主反應副反應對于(1)反應 對于(2)反應 對于(3)反應 對于(4)反應 對于(5)反應笨+ C2” 一二乙苯 笨卜乙苯GHCH C6H5CHCH+ H 2C 6HCH 614 +CI4CH由各物質AH列表可得：AHAHAHAHAHC 6氣曲 + H 2 一6I4CH + CH4

45、r 1=52.56+82.9-25.97=109.49 kJ/molAr 2=52.56+82.9-25.97=109.49 kJ/molAr 3=103.9-25.79=78.11 kJ/molr94=82.9+52.26-25.79=109.37 kJ/molr95=50-74.85-25.79=-50.64 kJ/mol反應中轉化乙苯：1100kmol85.54 kmol /h ;由物料衡算可得：(1)和(2)轉化乙烯1880 kmol /h , (3)/h ; (4)反應中轉化乙苯：33.66kmol /h ; (5)反應中轉化乙苯：AAHr =Eni AHRi=880X 109.49

46、 X 2+1100X 78.11+33.66 X 109.37+85.54 X 50.6 =5.06 X 106 (kJ/h)2)1、2、反應物帶出熱量：Q=AHv” +AH2AHv” =Eni AHi =9.677 X 107 (kJ/h)AH2= n C p m平均 (T 2-T0)G m 平均=y i C p i平均 根據Cp列表，累加得表3-5 C p系數總結序號名稱A3BX 110-6CX 110-9DX 1101甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.06-13.3015甲苯0.2

47、9047.05-15.7166乙苯-8.398159.35-100.0323.957氫氣6.953-0.0460.096-0.21合計3.121295.320138.23917.65Cpm平均=3.185+0.319 XT -1.52 X 10-4+2.37 X 10-打3(C)蒸汽帶出熱量：Q=mx( h2-h 0)(3)利用：帶入反應器=帶出反應器熱量，進行試差計算求得反應器出口溫度T2。經試差計算求得反應器出口溫度12=600C。第四章主要設備的計算與選型4.1、乙苯一苯乙烯精餾塔計算1、乙苯一苯乙烯塔操作條件的確定I )塔頂溫度的確定已知乙苯一苯乙烯塔頂壓力為185mmHg具體步驟如下

48、：假設溫度 查或計算苯、甲苯 乙苯、苯乙烯之蒸汽壓 由K=R/Pd計算出K 由Xi=yDi/ K i計算出Xi計算Xi是否等 1,若是，則假設成立，否則重新假設溫度，重復上述計算。飽和蒸汽壓計算公式(安托因方程)：InP=A B/(T+C) mmHg苯：A=15.9008 B=2788.51 C= 52.36甲苯：A=16.0137 B=3096.52 C= 53.67乙苯：A=16.0195 B=3279.47 C= 59.95苯乙烯：A=19.0193 B=3328.57 C= 63.72焦油：A=19.0193 B=3328.57 C= 63.72設：tD=40C將T=40+273.15

49、代入計算式，具體結果列表如下：表4-1 相對揮發度組成塔頂氣相組成yDi /mol%飽和蒸汽壓(mmH)K=P/Pdij苯2.63942.715.117.78甲苯8.19372.002.013.02乙苯88.53164.920.901.32苯乙烯0.25121.540.661合計100.00通過計算機試差求得塔頂溫度就可認為 87.27 C II )塔釜溫度的確定已知乙苯一苯乙烯塔底壓力為261.44mmHg設：tW=40C將T=40+273.15代入計算式，具體結果列表如下:表4-2組成塔釜氣相組成mol%y Di飽和蒸汽壓(mmH)K=P/Pdij乙苯0.27343.9991.3161.3

50、16苯乙烯99.69261.3130.9991阻聚劑0.035261.3130.9991合計100.00通過計算機試差求得塔釜溫度就可認為108.98 C。III )進料溫度的確定設進料為飽和液體，具體步驟同前，P=0.5(P d+R)=0.5(1.05+1.4)=224.58 mmHg具體計算結果如下表30：通過計算機試差求得塔進料溫度就可認為 97.77 C。2、理論板數的計算 最小理論板數G10塔頂a=164.823/121.57=1.356G11塔進料a2=238.336/178.436=1.336G12塔釜aa=343.999/261.313=1.3161.336N=lg(X a/Xb) d/(X a/Xb) v)/lga ab-1=43.6表4-3組成塔進料氣相組成ymmol%飽和蒸汽壓(mmHgK=R/Pdij苯1.911270.815.6597.1