题目产万吨苯乙烯工艺设计doc

题目产万吨苯乙烯工艺设计doc内容摘要：

乙烯氧化。 由于温度存在着很大的不同，对阻聚剂的要求也不一样，所以，在蒸馏塔中使用无硫阻聚剂 （ 4二硝基 邻 二 丁基酚（ DNBP）俗称 NSI），在苯乙烯贮存系统中使用 4叔丁基邻苯二酚（ TBC）。 在蒸馏系统中，蒸馏塔中产生的聚合物为高沸物，作为重组分（苯乙烯焦油）离开本系统，不构成苯乙烯的污染物。 产生的聚合物表示苯乙烯收率的损失，应尽可能减少。 NSI 阻聚剂的汽化压力很低，所以它同蒸馏系统中的重组分离开，在产品苯乙烯中数量不多。 产品苯乙烯中的 NSI 在 苯乙烯最终使用中会产生质量问题。 苯乙烯产品中只允许有少量的聚合物（一般低于 10ppm）。 流程叙述 （ 1）脱氢反应总述： EB 蒸汽 /蒸汽混合物与 EB/蒸汽过热器二级反应器流出物进行热交换而产生过热，并进入一级反应器进口，在这里与主过热蒸汽混合，以便达到理想的一级反应器的 进口温度。 EB 和蒸汽混合物径向从内向外地进入催化剂床层，一部分 EB 反应生成 SM，由于进行吸热反应，温度降低。 混合流出物与过热蒸汽进行换热而得到重 新加热并径向通过第二个催化剂床层。 大部分 EB 反应生成 SM（受平衡限制）和少量副产品。 反 应器系统的流出物由于两个压力等级的蒸汽再生而进行冷却。 冷却的反应器产品与部分未汽提的工艺冷凝液被过热降温，并在主冷凝器中冷凝。 冷凝液因重力作用自动流至有机混合物 / 水分离器，而未冷凝的蒸汽进一步得到冷却并在调节冷却器中冷凝。 调节冷凝器中的冷凝液也流向有机混合物 /水分离器。 在有机混合物 /水分离中，芳烃和工艺冷 凝液构成两个相位。 被称之为 “ 脱氢混合物（ DM） ” 的芳烃相流进有机物分隔间，随后进行 SM 产品精馏和对未反应的 EB、及副产物苯、甲苯和高沸物进行回 收。 水相因重力在有机混合物 /水分离器的主分离室中分离。 工 艺冷凝液用泵压送至用来除去夹带有机物的撇沫罐。 一部分冷凝液被过滤，以除去催化剂尘末，然后用来对冷却的反应器流出物进行降温。 净工艺冷凝液通过汽提除去溶解的有机物。 冷凝液首先由汽提塔的塔顶液 / 进料内部换热器进行预热，然后通过蒸汽喷射器的直接蒸汽加热至工艺冷凝液汽提塔操作温度，以把塔中汽提过程中的损失降低到最低程度。 从调节冷却器出来的未 冷凝气体为脱氢废气，含有氢、二氧化碳、甲烷和大量的芳烃。 气体通过压缩机入口罐，然后送往废气压缩机，压缩气体通过一个分离罐，然后再进入废气冷却器， 冷却气体中的芳烃通过循环半柏油 的洗涤而减少，并经冷却后返回吸收塔；废气则通过一个密封罐进入燃料补充系统而用作蒸汽过热器的燃料。 （ 2）苯乙烯蒸馏总述： 苯乙烯蒸馏的目的是将从脱氢反应系统出来的液态芳烃混合物分馏成： a、一种高纯度的苯乙烯产品（苯乙烯聚合物最小损失） b、循环至脱氢反应系统的 EB 物料流 c、苯乙烯焦油物料流（含有苯乙烯聚合物、重馏分和少量苯乙烯） d、适合作为 EB 装置进料的苯物料流 e、甲苯副产品物料流 从有机混合物 / 水分离器出来的水饱和有机混合物（约含有苯： %(W)、甲苯： %(W)、EB： %(W)、苯乙烯： %(W)以及一些高沸物） 被送入 EB/SM 分离塔。 从分离塔出来的塔顶产品流（含有苯、甲苯、几乎占进料中全部的 EB 以及约 %(W)的苯乙烯）被送入EB 回收塔。 含有 %(W)甲苯的 EB 回收塔塔底产品循环至脱氢反应系统； EB 回收塔塔顶产品，即苯 甲苯混合物以及不足 %(W)EB 被送入苯 /甲苯分离塔， 苯 /甲苯分离塔将其分离为含约 %(W)甲苯的塔顶产品和含约 %(W)苯的塔底甲苯产品。 从 EB/SM 分离器出来的塔底液物料流，含有塔进料中的几乎所有苯乙烯，沸点高于 SM的 复合物， NSI 聚合阻聚剂（另外送入分离塔），少量 EB 和分离塔中生成的苯乙烯 聚合物被送入 SM 塔。 SM 塔顶产品为 %(W)纯度（最低）的苯乙烯产品；回流中加入 TBC，以抑制塔中的聚合反应。 含有约 50% (W)挥发物（（ SM+AMS）和焦油（低粘度））的 SM 塔底液被送至薄膜蒸发器。 蒸发器蒸发挥发物并将其送回到 SM 塔底。 蒸发器部分塔底液（塔底总量的 2/3）被泵送至EB/SM 分离塔进行 NSI 循环。 含有约 %(W)残存苯乙烯的净塔底液送至贮罐，作为燃料使用。 为把苯乙烯聚合物生成降低到最低限度， EB/SM 分离塔、 SM 塔和薄膜蒸发器都减压运行，这样可以降低工作温度。 A、乙苯 /苯乙烯分离塔（ T101） EB/SM 分离塔是一台筛板塔塔，在真空下（塔顶绝压为 180～ 200mmHg）运行操作。 其目的是分离乙苯与苯乙烯。 生产出一种塔釜产品，它含有苯乙烯、 α 甲基 苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯的 EB；同时，塔顶产出产品，它含有基本上全部的 EB、苯和甲苯并带有约 %(W)苯乙烯。 该塔的 第二个目的是在分离时最大程度地减少苯乙烯转换成聚合物的损失。 有机混合物进料从有机混合物 /水分离器由泵送至 EB/SM 分离塔。 进料在 49塔 板上进入该塔， NSI 溶液随进料进入该塔，来自薄膜蒸发器底部的循环 NSI 溶液在SM/柏油混合器的上游加入至 EB/SM 分离塔进料。 为取得理想的分离效 果， EB/SM 分离塔在高回流比下操作，设计回流比为 ～ 12。 通往再沸器的蒸汽流量根据使塔产生理想的回流比来确定。 该塔再沸器所需的热能由 350kPa 的压力的蒸汽所提供。 在生产中保持理想的苯乙烯纯度的关键是正确操作 EB/SM 分离塔，作为苯乙烯里的主要杂质， EB 一旦离开分离塔塔底后总 是进入 SM 分离塔塔顶，在苯乙烯塔里的实际分离是在 苯乙烯和 α 甲基苯乙烯之间进行，进行分离的关键是要有足够的蒸汽流入再沸器。 B、 SM 精馏塔（ T301） SM 精馏塔是一座在真空下（塔顶绝压为 30～ 50mmHg）进行操作的有 36层塔板的塔。 其目的是将来自 EB/SM 分离塔的塔釜液中的进料进行分离，以便从塔 顶产出 %(W) 以上的苯乙烯产品物流。 该塔的第二个目的是将该塔釜液经薄膜蒸发器汽提后，可生产出苯乙烯焦油，其中，苯乙烯和 α 甲基苯乙烯含量相加不超过 16% (W)。 在 SM 分离塔的进料中含有 98%(W)的苯乙烯、一些高沸点化合物（聚合物、 α 甲基苯乙 烯及其他物料）、一些低沸点物料（ EB）以及 NSI 阻聚 剂。 TBC（叔丁基邻苯二酚）在苯乙烯单体里以 2%(W)溶液的形式被注入回流管线以抑制塔内苯乙烯的聚合，设计回流比为 ～。 SM 分离塔所需 的热量由 350kPa压力等级的蒸汽所提供的。 C、甲苯 /乙苯回收塔（ T201） EB 回收塔是一座有 40层塔板的带压塔。 其目的是分离从 EB/SM 分离塔的塔顶来料，在设计回流比为 ～ 10的操作下，进入第 28层塔板，获得塔顶产物： 苯 /甲苯物流，塔底产物：大约含 %(W)的甲苯以及大约含 %(W)苯乙 烯的 EB 物流，塔釜液循环至脱氢反应系统。 该塔再沸器所需的热能由 1100kPa 蒸汽所提供。 D、苯 /甲苯分离塔（ T401） 苯 / 甲苯分离塔是带压操作的 4床层填料塔。 EB 回收塔的塔顶物流送入该塔，在设计回流比为 ～ ，分离出约含 %(W)的甲苯的苯塔顶 产品和约含 %(W)的苯的甲苯塔釜产品。 本塔使用的填料是碳钢鲍尔环。 为避免液体分布的不均匀，该塔使用 4个独立的填料床层，在每层顶部装有一台液 体分布器。 该塔再沸器所需的热能由 1100kPa 蒸汽所提供。 苯 /甲苯分离塔的关键部位是位于第 三填料床层下的温度控制，每单位床层高度的温度变化率在此 达到最大限度。 该温度可以通过重新设定进入再沸器的蒸汽流量控制来进行调整。 回流比可以通过产品规格的需要来控制。 工艺设计物性参数 表 3 项目 单位 苯 甲 苯 乙 苯 苯 乙 烯 液体密度（ 293K 时） kg/m 879 867 867 906 正常熔点 Tm K 正常沸点 Tb K 临界温度 Tc K 647 临界 压力 Pc MPa 临界体积 Vc M3/mol 259 316 374 —— 临界压缩因子 Zc —— —— 偏心因子 ω —— 恒压热容 Cp J/mol． K —— —— Antoine 蒸汽压方程 A 系数 8 B C 生成热 △Η 176。 kJ/mol 燃烧热 △Η 176。 kJ/mol 3268 3910 —— 4395 熔化热 △Η 176。 kJ/mol —— —— 25℃ 时汽化热 △Η 176。 kJ/mol —— —— 沸点时汽化热 △Η 176。 kJ/mol 标准生成自由焓 △Ｇ 176。 kJ/mol 20℃ 时粘度 MPa． s —— 20℃ 时导热系数 kcal/（ m． h． ℃ ） —— —— 时体积膨胀系数 101/℃ —— —— 表面张力 103N/m —— —— 三、物料及热量衡算 计算依据 乙苯脱氢制苯乙烯装置包括脱氢和精馏两个单元，是具有循环物流的复杂化工过程，其流程框图如附图 1。 乙苯脱氢反应在装有铁系催化剂的列管反应器中进行，反应方程式为： 主反应 C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 (a) 副反应 C6H5C2H5 C6H6 +CH2CH2 (b) C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4 (c) 水蒸汽作稀释剂，水蒸汽和乙苯质量比为 ： 1反应压力为 150000Pa（绝），反应温度为 580℃ ，反应器进口温度 630℃, 乙苯总转化率为 55%，各反应选择性分别为： (a)90%、 (b)3%、 (c)7%、 为简化计算，假定： (1) 反应 混合原料组成：乙苯： 99%( W% )，甲苯： %，苯： %，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，水中夹带芳烃量为500mg/L，夹带芳烃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 (W%)。 (5) 精馏塔塔顶苯乙烯回收率大于 95%。 精馏塔真空操作，塔顶压力 50mmHg。 (6) 乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔顶压力 200mmHg。 塔顶苯乙烯含量 %，塔釜乙苯 %。 (7) 苯－甲苯塔塔顶压力 160mmHg，塔顶甲苯 %，塔釜苯 %。 (8) 乙苯回收塔，塔顶乙苯 %，塔釜甲苯 %。 物料衡算 A、 假设以 10000kg/h 原料进料为基准，则反应器进料 G2 甲苯 10000*%=80kg/h ， 80/92=； 乙苯 10000*99%=9900kg/h ， 9900/106=； 苯 10000*%=20kg/h ， 20/78=； B、 进反应器的蒸汽量 G1 9900*=25740kg/h （ 苯乙烯与水蒸气的比值关系） 25740/18=1430kmol/h C、 反应器的出料 一段反应器的出料 G3 据化学反应式（ a） C8H10C8H8+H2 乙苯总转化率 55％，选择性 90％； (1)生成的苯乙烯： *90%*（ %） *55%= (2) 生成的 H2量： kmol/h 副反应： 据化学反应式 (b) C8H10C6H6+C2H4 选择性 3% (1) 生成的苯： *55%*3%*（ %） = (2) 生成的乙烯： kmol/h （ 3）出料中的苯量： +=（ 的进料量） 据化学反应式 (c) C8H10+H2C7H8+CH4 选择性 7% (1) 消耗 H2量 *55%*7%*（ %） =(2) 生成的甲苯量 kmol/h (3) 生成的甲烷量 则反应器出口的物料组成 乙苯 *(%)*(155%)= kmol/h 苯乙烯 甲苯 +=苯 += kmol/h 乙稀 kmol/h 甲烷 kmol/h 氢气 = 反应器出口的 有机混合物 质量组成 kg/h W% 乙苯 *106=。