年产10万吨苯乙烯工艺设计(2)

产品用途：本品是不饱和芳烃，广泛作生产塑料和合成橡胶的原料，如结晶型聚苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、丁苯橡胶和丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三聚体（ABS）等。此外，也是生产涂料、染料、合成医药的主要原料。 （2）原料

乙苯

分子量：106.16 沸点：136.2℃ 折光指数：1.4959（25℃） 密度：0.8671g/cm3

CH=CH2

（二）物料衡算

1.生产能力的计算

根据设计任务，苯乙烯的年生产能力为10万吨/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0.7～0.8。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（365-65）天=300天。定昼夜生产为1班，每天只生产1批料。

可知每批料的生产能力为（100000×103/300）Kg/天=333×103Kg/天。以此作为物料衡算的标准。

2.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

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究系统做物料衡算，可用下式表示：

∑G进=∑G出+∑G损+∑G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。

（1）进出脱氢反应器的物料衡算

1）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（99.6%） 水蒸气 氧气 每批产苯乙烯：G8=333Kg(折算为100%)

投料比： 水蒸气：乙苯 =3：1（质量比） 每班理论投料乙苯量：

G1=(13.8875×103×106.15)/(104.15×90%×98%×98%)=1.63768×104Kg 每班理论投水蒸气量：

G2=3×16.3768×103=4.91304×104Kg

每批原料实际投入量：G1=(1.63768×104/0.996)Kg=1.64426×104Kg G2=(4.91304×104/0.95)Kg=5.1716×104Kg

杂质：G3=（5.1716-4.91304）×10Kg+(1.64426-1.63768) ×10Kg=2.561

4

4

×103Kg

催化剂的量：G4=(5.1716+1.64426) ×104×0.3%Kg=0.205×103Kg 2）脱氢过程计算 转化率为：90%

苯乙烯的产量G5=(1.63768×10×104.15×90%)/106.16Kg=1.446×10Kg 氢气的产量：G6=（1.63768×104×90%×2）/106.15Kg=0.2777×103Kg

氧气的加入量：G7=（0.5×32×0.2777×103）/2=2.2216×103 Kg

4

4

乙苯剩余量：1.63768×104×（1－90%）=1.63768×103Kg 生成水G7=(0.2777×103×18)/ 2Kg=2.4993×103Kg 进出脱氢反应器的物料衡算见表2.1。

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表2.1进出脱氢反应器的物料衡算表（Kg/批）

（2）冷凝油水分离阶段的物料衡算

脱氢结束后混合物温度很高，用冷凝器加以冷凝，除去水，温度必须控制在20℃左右，进出冷凝器的物料衡算见表2.2。

表2.2 进出冷凝油水分离器的物料衡算表(Kg/批)

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（3）粗馏塔的物料衡算

将有机相加入粗馏塔中进行分离，同时加入阻聚剂防止苯乙烯聚合。加入阻聚剂的量为：（ 1637.68+14460+33.82+22.4+11）×0.3%=48.49Kg

表2.3粗馏塔的物料衡算表(Kg/批)

（4）乙苯塔的物料衡算表

将粗馏塔塔顶的物料加入到乙苯塔中，进行分离。

表2.4乙苯塔的物料衡算表

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（5）苯乙烯精馏塔的物料衡算

将粗馏塔塔底的物料加到苯乙烯的精馏塔中进行分离，进一步浓缩苯乙烯的浓度。

表2.5苯乙烯精馏塔的物料衡算表

（6）苯∕甲苯的物料衡算

将乙苯塔塔顶的物料送到苯∕甲苯塔中，进行分离。

表2.6苯∕甲苯塔的物料衡算表

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3．物料流程图

根据以上物料衡算，物料流程见图2.1

（三）热量衡算

热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示

Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （1—1）

式中： Q1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;

Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热

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量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;

Q3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”） Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓） Q5—设备部件所消耗的热量，KJ;

Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;

热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。（计算传热面积的热负荷必须以每小时作为基准，而该时间必须是稳定传热时间）热量衡算温度基准，一般规定25℃。热量衡算式中各项计算 从 （1—1）式中可得：

Q2 =Q 4+Q5+Q6-Q1-Q3 (1—2)

式中各项可用以下计算方法 （1）Q1和Q4的计算

Q1和Q4均可以用下式计算：

Q=∑miciT1(T2)

式中： mi—反应物体系中组分I的质量，Kg;

ci—组分i在0—T℃时的平均比热容，KJ/(Kg*℃)或KJ/(Kmol·℃); T1(T2)—反应物系反应前后的温度，℃

Q1=[(m乙苯C乙苯 m水C水 m氧气C氧气)×373]KJ

=[(16376.8×1.738)+(49130.4×4.2)+(2221.6×3.5)]×373 KJ =（28462.8784+206347.68+7775.6）×373KJ =90484637.08 KJ

Q4=[(m`乙苯C乙苯 m`苯乙烯C苯乙烯 m甲苯C甲苯 m苯C苯 m焦油C焦油)×333] =[（1637.68×1.859）+（13887.5×1.555）+（11×1.834）+（22.4×3.5）+

（11×1.828）]×333 KJ =8244477.77KJ （2）Q3的计算

冷凝器带走的热量Q3=75229267.37KJ （3）Q6的计算

设备向四周散失的热量Q6可用下式计算：

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Q6=∑A×α(Tw-T)θ×10-3

式中 A—设备散热铭记（㎡）（计算见13页）；

Tw—设备外表温度，℃； T—环境介质温度，℃； θ—操作过程持续时间（s）； α—对流传质系数，W/(㎡·℃)

当空气做自然对流，散热层表面温度为50～350℃时，

α=8+0.05Tw=(8+0.05×60)W/(㎡·℃) Q6=6.33×11×(100-25)×3×3600×10-3 =56400.3KJ （4）过程效应热Q3的计算

过程效应热可分为两类，一类是化学过程热效应即化学反应热效应；另一类是物理过程热效应。物料经化学变化过程，除化学反应热效应外，往往伴随着物料状态变化热效应，但本工艺流程中物理过程热效应较低，可忽略不计，故过程热效应可由下式表示：

Q3=Qr+Qp

式中 Qr—化学反应热效应 ，KJ;

Qp—物理过程热效应 …… 此处隐藏：2850字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……