论文年产30万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计毕业论文［精选整理］

论文年产30万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计毕业论文［精选整理］内容摘要：

至 90 年代初，随着国内乙烯工业的发展，才相继建成几套苯乙烯装置。 截至 2020 年，国内苯乙烯企业有 14 家，生产能 力约 1Mt／ a，产量。 其中中石化产量占 %，中石油占 40%，其余 %[7]为地方投资。 我国现有的苯乙烯生产装置除了 扬子巴斯夫苯乙烯公司和吉林石化公司规模相对较大外，其余均较小 . 产品供需现状及预测 石化 (Sinopec)合资在上海漕泾化学工业区建设 500kt／ a 的苯乙烯装置， 已 于 2020年投产 ； 壳牌化学公司也与中海油 (中国海洋石油总公司 )合资在广东惠州建设环氧丙烷／苯乙烯装置，苯乙烯能力为 560kt／ a， 2020 年第四季度投产 ； 此外，其他一些新建和扩建项目也将陆续进 行，如 汕头海洋公司 400kt／ a 苯乙烯项目计划于 2020年 底 建成投产。 目前，我国约 60%的苯乙烯用于生产聚苯乙烯（ PS）和发泡聚苯乙烯（ EPS）， 17%用于生产 ABS， 23%用于生产其他产品。 未来几年由于终端产品的合理化和 PS 替代产品的出现，我国主要的苯乙烯下游行业 PS 和 EPS 消费增速将有所放缓，而 ABS 树脂和丁苯橡胶（ SBR）的需求增长迅速，将成为推动苯乙烯消费增长的新动力。 进入本世纪以来，我国苯乙烯的表观需求量逐年增长， 2020— 2020 年，由 220 万吨增加到 548 万吨， 7 年累计增加了 150％。 国内苯乙烯产量在 20202020 年变化不大，自 2020 年开始，随着上海赛科、中海壳牌、江苏双良、常州东昊等装置的建成投产，产量出现了较大增长。 与此相对应的是进口量增长开始下降， 20 2020 连续两年出现了负增长，国内苯乙烯的进口依存度由 2020 年高点时的 ％降到了 2020 年的 51％。 苯乙烯长期处于短缺状态，一直依赖进口产品来满足国内市场需求。 据调查， 2020 年之前，国内新建或者拟建的苯乙烯项目大约有 10 个，有约 250 万吨的产能于 2020 年建成。 预计到 2020 年，国内将新增309 万吨苯乙烯产能，比 2020 年的 291 万吨的产能翻一番还多。 2020 年国内苯乙烯的总生产能力达到约 ，以 88%的开工率计算，产量将达到 ， 2020 年生产能力达 8 到约 [8]。 我国苯乙烯主要用于生产 PS、 ABS 树脂、 SAN 树脂、不饱和聚酯树脂、丁苯橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等，其中 PS 是苯乙烯最重要的消费领域。 随着我国建材、家电和汽车工业的快速发展，对 PS、 ABS 树脂以及苯乙烯系列橡胶SBR、 SBS 等需求将继续保持较快增速，尤其是未来几年我国 PS 市场需求将以年 均 %的速度增长，相对应苯乙烯的需求量也将不断增加。 预计 2020 年我国对苯乙烯的需求量将达到 780 万 t，而届时我国苯乙烯产能为 550万 t/a 左右，市场缺口为 230 万 国经济保持高速发展和世界经济走出低谷逐渐提速，以及世界经济一体化趋势的不断进展和中国加入 WTO 后市场的日益开放，中国经济作为世界经济的一个组成部分正日益融入全球经济大循环，中国日渐成为一个理想的全球商品供应基地，这为苯乙烯需求提供了广阔的市。 根据我国各消费领域对苯乙烯的需求预测合计，预计到 2020 年，我国苯乙烯的消费量将达到约 4Mt， 2020 年达到 5Mt。 苯乙烯在我国目前仍处于 产不足需 的状态 ， 我国 每年仍需 从国外 大量进口，因此，苯乙烯工业在我国发展前景仍十分乐观。 目前国内所采用的苯乙烯生产工艺多为乙苯催化脱氢工艺，单套装置的年产量较小，未来关于苯乙烯生产装置的设计方向主要集中在提高单套装置的年生产能力。 本设计用现行的乙苯催化脱氢制取苯乙烯的方法为设计基础，对现有的设备进行再设计，提高单套装置的年生产能力，缓解我国苯乙烯供不足需的状况，进一步提高我国苯乙稀在国内外的竞争力 .本设计选取的是粗苯乙烯精馏工段，通过对该工段进行物料衡算、热量衡 算，以及对粗苯乙烯精馏塔的设备的计算与选型，基本上完成了粗苯乙烯精馏工段的课程设计。 9 第 3章 生产工艺的反应历程 反应方程式 催化剂 C2H5 CH=CH2 + H2 500～ 600℃ 除脱氢反应外，同时发生一系列副反应，副产物甲苯、苯、焦油等； 42665256 HCHCHCHC  425625256 CHCHHCHHCHC  626625256 HCHCHHCHC  25256 58 HCHCHC  2225256 21816 HCOOHHCHC  为了减少在催化剂上的结炭，需要在反应器中进料中加入高温水蒸气，从而发生下述反应： 222 2 HCOOHC  脱氢 反应式 1mol 乙苯生成 2mol 产品（苯乙烯和氢气），因此加入蒸汽也可使苯乙烯在系统中的分压降低，有利于提高乙苯的转化率 [9]。 催化剂以三氧化二铁为主，加上氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上，投料比为水蒸气 :乙苯 =2～3:1（质量比） [10]， 反应所得的气体混合物经冷凝 、油水分离、多塔分离和精制，制得苯乙烯 . 生产过程 油水分离的有机相进入粗馏塔，并加入阻聚剂防止苯乙烯聚合，还要进入乙苯塔、苯乙烯精馏塔、苯∕甲苯塔，将依次它们分离出来，把分离出来的乙苯送回脱氢反应器，使其循环。 而本设计主要针对的是粗苯乙烯精馏工段，即苯乙烯和焦油的分离过程的设计。 精馏原理及目的 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置 [11]，又称为蒸馏塔。 有板式塔与填料塔两种主要类型。 根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 10 蒸汽 由塔底进入，与 下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发 (低沸点 )组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发 (高沸点 )组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。 由塔顶上升的 蒸汽 进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。 塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后， 蒸汽 返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。 精馏原理 (Principle of Rectify)[12]蒸馏的基本 原理是将液体混合物部分气化 ,利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度， α ）的特性，实现分离目的的单元操作。 蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。 本节以两组分的混合物系为研究对象，在分析简单蒸馏的基础上，通过比较和引申，讲解精馏的操作原理及其实现的方法，从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别（包括：原理、操作、结果等方面 ）。 精馏实验是一种汽液传质的过程，是一种化工生产上常用的液体混合物分离达到提纯或回收有用组分的方法。 是基于液体混合物中各组分挥发度的差异。 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具有深度减压，绝热乙苯脱氢工艺。 鲁姆斯（ UOP∕ Lummus）经典苯乙烯单体生产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。 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。 蒸汽既加热反应进料、减少吸热反应的温度降，同时蒸汽也降低产品的分压使反应平衡向着苯乙烯 (SM)方向进行，且 又可以连续去除积炭以维持催化剂的一定活性。 高温、高压蒸汽稀释和低反应系统压力能提供良好的反应平衡曲线，对乙苯 (EB)转化为苯乙烯 (SM)有利，在有两个绝热反应器的工业生产装置中，乙苯 (EB)的总转化率可达到 70%～ 85%。 新鲜乙苯和循环乙苯先与一部分蒸汽混合，然后在一个用火加热的蒸汽过热器内进行过热，再与过热蒸汽相混合，在一个两段、绝热的径向催化反应系统内进行脱氢。 热反应产物在一个热交换器内冷却以回收热量并冷凝。 不凝气（主要是氢气）压缩后，经回收烃类后再用作蒸汽过热器的燃料，而冷凝液体分为冷凝水和脱水有机 混合物（ DM）。 在脱水有机混合物 (DM)（苯乙烯、未反应乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一种不含硫的阻聚剂 (NSI)以减少聚合而损失苯乙烯（ SM）单体，然后在乙苯 /苯乙烯单体 11 （ EB/SM）分馏塔进行分离，塔顶轻组分 (EB)及轻组分 (苯 /甲苯 )（从塔顶取得 )去乙苯分离塔，从而从乙苯分离出苯和甲苯，回收的乙苯返回脱氢反应器原料中。 EB/SM 塔底物（苯乙烯单体和高沸物）在最后苯乙烯分馏塔内进行分馏，塔顶产品即为苯乙烯（ SM）单体产品，少量的塔底焦油用作蒸汽过热器的燃料，蒸汽过热器所需大部分燃料来自脱氢废气和苯 乙烯焦油。 生产控制参数及具体操作 水蒸气 :乙苯 =3:1（质量比） 转化率：脱氢过程为 90% 、压强和时间 脱氢温度控制在 600℃左右，负压； 多塔分离控制在常温，常压。 在脱氢反应器 600℃条件下，加入定量的水蒸气、乙苯和氧气混合气体，反应完全后；通到冷凝器进行冷凝、降温；输送到气体压缩机油水分离器将有机相和无机相分离，保持恒温 20℃左右；和阻聚剂一起加到粗馏塔中，初步分离，塔顶为乙苯、苯和甲苯，塔底为苯乙烯、焦油；将其送至乙苯塔和苯乙烯精制塔，乙 苯塔分离出乙苯和甲苯、苯，把乙苯送回脱氢反应器，还将甲苯和苯送到苯∕甲苯塔分离，分离出甲苯和苯。 苯乙烯精制塔中分离出纯度极高的苯乙烯和含量极少的焦油。 12 第 4章 工艺计算 生产能力的计算 化工生产的操作可分为全间歇、半间歇、连续和半连续四种；在全间歇操作中，整批物料投在一个设备单元中处理一定时间，然后整批输送到下一个工序；半间歇操作过程是间歇操作过程的连续操作过程。 全间歇与半间歇（统称间歇式操作）的优点是设备简单，改变生产品种容易；其缺点是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产率低，产品 质量不稳定。 连续式操作，原料及能量消耗低，劳动生产率高，因此比较经济；但总投资较大，占地面积较大，一般单线生产能力为 2～ 10万吨 /年。 半连续操作与连续操作相比设备费用较少，操作较简单，改变生产品种较容易，但产品质量不如连续操作稳定，与间歇操作相比，生产规模更大，劳动生产率也更高，用与较大规模的品种生产，一般为 1～ 2万吨 /年。 由于苯乙烯用量很大，需连续化大生产。 采用连续式操作比较有利。 根据设计任务，苯乙烯的年生产能力为 30 万吨 /年。 开工因子 =生产装置开工时间 /年自然时间。 为了充分利用设备，开工因子应取的较大 ，接近 1，但又不能等于 1。 因为还要考虑到设备的检修以及开停车等情况。 开工因子一般取为 ～。 全年 365 天，则年生产 250～ 300 天；因此除去季保养、月保养、修理、放假等总计 65 天，则年工作日为（ 36565）天 =300 天。 定每天生产为 1 批料，每小时生产一批。 可知每批料的生产能力为（ 300000 103/300） Kg/天 =1000 103Kg/天 =，以此作为物料衡算的标准。 质量守恒定律 质量守恒定律是“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，再加上 过程中损失量和在系统中累计量”。 依据质量守恒定律，对研究系统做物料衡算，可用下式表示： G = G + G + G   进 出 损 积 式中 G进 — 输入物料量总和； G出 — 离开物料量总和； G损 — 总的损失量； G积 — 系统中积累量。 13 苯乙烯精馏塔的物料衡算 投料量计算 对连续生产 可确定计算基准为 Kg/批，则需计算每批产量及原料投料量。 乙苯的脱氢反应 (见反应历程 ) 其中原料规格：乙苯（ %） 水蒸气（ 95%） 原料乙苯含甲苯 %、含苯 %，含焦油 %[13]。 原料水蒸气含 5%的杂质气体。 每批产苯乙烯： G8 =1000Kg 投料比：水蒸气 :乙苯 =3:1（质量比） [14] 转化率：脱氢过程为 90% 分离率：多塔分离过程为 98% 每班理论投料乙苯量： G1 =(1000/24 310 )/( 90% 98% 98%)= 410 Kg 每班理论投水蒸气量： G2 =3 410 = 410 Kg 每批原料实际投入量： G1 =( 410 /)Kg= 410 Kg G2 =( 410 /)Kg= 410 Kg 杂质： G3 =（ ） 410 Kg+() 410 Kg= 410 Kg 催化剂的量： G4 =(+) 410 %Kg= 310 Kg 脱氢过程计算 转化率为： 90% 苯乙烯的产量 5G =( 410 1 90%)/= 410 Kg 氢气的产量： 6G =（ 410 90% 2） /= 310 Kg 氧气的加入量： 7G =（ 32 310 ） /2= 310 Kg 乙苯剩余量： 8G = 410 （ 1－ 90%） = 310 Kg。