年产30万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计95972759.doc
《年产30万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计95972759.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《年产30万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计95972759.doc(46页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 年产年产 3030 万吨苯乙烯车间粗苯乙烯万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工精馏工段的工 艺设计艺设计 The Process Design of Distillation section of Thick Styrene for Annual Output 300000 Tons of Styrene Workshop 毕业论文(设计)原创性声明毕业论文(设计)原创性声明 本人所呈交的本人所呈交的毕业论毕业论文(文(设计设计)是我在)是我在导师导师的指的指导导下下进进行的研究工作及取得的行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知,除文中已研究成果。据我所知,除文中已经经注明引用的内容外,本注
2、明引用的内容外,本论论文(文(设计设计)不包含其他个人)不包含其他个人 已已经发经发表或撰写表或撰写过过的研究成果。的研究成果。对对本本论论文(文(设计设计)的研究做出重要)的研究做出重要贡贡献的个人和集体,献的个人和集体, 均已在文中作了明确均已在文中作了明确说说明并表示明并表示谢谢意。意。 作者作者签签名:名: 日期:日期: 毕业论文(设计)授权使用说明毕业论文(设计)授权使用说明 本本论论文(文(设计设计)作者完全了解)作者完全了解*学院有关保留、使用学院有关保留、使用毕业论毕业论文(文(设计设计)的)的规规定,定, 学校有学校有权权保留保留论论文(文(设计设计)并向相关部)并向相关部门
3、门送交送交论论文(文(设计设计)的)的电电子版和子版和纸质纸质版。版。 有有权权将将论论文(文(设计设计)用于非)用于非赢赢利目的的少量复制并允利目的的少量复制并允许论许论文(文(设计设计) )进进入学校入学校图图 书馆书馆被被查阅查阅。学校可以公布。学校可以公布论论文(文(设计设计)的全部或部分内容。保密的)的全部或部分内容。保密的论论文(文(设计设计) ) 在解密后适用本在解密后适用本规规定。定。 作者作者签签名:名: 指指导导教教师签师签名:名: 日期:日期: 日期:日期: 注 意 事 项 1.设计(论文)的内容包括: 1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作) 2)原创性声明 3)中文
4、摘要(300 字左右) 、关键词 4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入) 6)论文主体部分:引言(或绪论) 、正文、结论 7)参考文献 8)致谢 9)附录(对论文支持必要时) 2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于 1 万字(不包括图纸、程序清单等) ,文科类 论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件) 。 4.文字、图表要求: 1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代 写 2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技 术标准规范。图
5、表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画 3)毕业论文须用 A4 单面打印,论文 50 页以上的双面打印 4)图表应绘制于无格子的页面上 5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档 5.装订顺序 1)设计(论文) 2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订 3)其它 目录 摘要.I AbstractII 引 言.1 第 1 章 苯乙烯生产工艺简介.2 1.1 乙苯催化脱氢工艺 2 1.2 乙苯氧化脱氢法 2 1.3 环氧丙烷-苯乙烯联产法 .3 1.4 热解汽油抽提蒸馏回收法 3 1.5 丁二烯合成法 4 1.6 其它生产方法 4 第 2 章 世
6、界苯乙烯的生产和发展前景.5 2.1 世界供需分析及预测 .5 2.2 国内外苯乙烯生产与发展状况 7 2.2.1 国内生产企业供应分析.7 2.2.2 产品供需现状及预测.7 第 3 章 生产工艺的反应历程.9 3.1 生产工艺的反应历程.9 3.2 生产过程.9 3.3 精馏原理及目的 9 3.4 生产方法 .10 3.5 生产控制参数及具体操作 .11 第 4 章 工艺计算.12 4.1 生产能力的计算 .12 4.2 质量守恒定律 .12 4.3 苯乙烯精馏塔的物料衡算13 4.3.1 投料量计算 .13 4.3.2 脱氢过程的计算 .13 4.3.3 进出脱氢反应器的物料衡算14 4
7、.3.4 冷凝油水分离阶段的物料衡算14 4.3.5 粗馏塔的物料衡算 .14 4.3.6 乙苯塔的物料衡算表15 4.3.7 苯乙烯精馏塔的物料衡算 .15 4.3.8 苯甲苯的物料衡算 .15 第 5 章 热量衡算17 5.1 能量守恒定律17 5.2 热量计算17 5.3 过程效应热的计算 .18 3 Q 5.4 热量衡算表19 第 6 章 设备设计计算与选型21 6.1 苯乙烯精馏塔的设计计算 .21 6.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 .21 6.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 .21 6.1.3 物料衡算 .21 6.2 塔板数的确定21 6.2.1 理论板
8、层数的求取 21 T N 6.2.2 求精馏塔的气、液相负荷23 6.3 精馏塔的工艺尺寸及有关物性数据的计算24 6.3.1 操作压力计算24 6.3.2 操作温度计算24 6.3.3 平均摩尔质量计算24 6.3.4 塔顶液相平均密度的计算25 6.3.5 液体平均表面张力计算25 6.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 .26 6.4.1 塔径的计算26 6.4.2 精馏塔有效高度的计算 .27 6.5 塔板主要工艺尺寸的计算27 6.5.1 溢流装置计算 .27 6.5.2 塔板布置29 6.6 筛板的流体力学验算30 6.6.1 塔板压降 .30 6.6.2 液面落差 .31 6.6.3
9、液沫夹带 .31 6.6.4 漏液 .31 6.6.5 液泛 .32 第 7 章 精馏塔工艺参数汇总33 结 论.35 致 谢.36 参考文献37 附 录.38 I 年产 30 万吨苯乙烯车间粗苯乙烯精馏工段的工艺设计 摘 要:以年产30万吨苯乙烯为生产目标,由乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法,对粗苯 乙烯精馏工段进行工艺设计和设备选型。针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算, 热量衡算,然后根据物料平衡对苯乙烯精馏塔进料量、塔顶、塔底出料量进行物料衡算, 对苯乙烯精馏塔的塔高、塔顶冷凝器、塔底再沸器理论上进行了尺寸计算及选择;并且 分别对精馏段、提馏段进行了校核。根据热力学定律,对各设备进行热量
10、衡算,并根据 设计要求,对设备理论上进行了尺寸计算及选择,使设备满足设计要求,达到所需要的 工艺条件。 关键词:苯乙烯 乙苯脱氢 物料衡算 热量衡算 精馏塔 工艺计算 双溢流 II The Process Design of Distillation section of Thick Styrene for Annual Output 300000 Tons of Styrene Workshop Abstract: The design is based on annual output of 300000 tons of styrene, using the technical metho
11、d of the reaction of ethylene and benzene alkylation to produce ethylbenzene, and ethylbenzene dehydrogenation to get styrene, thus providing the process design and equipment selection for the distillation section of thick styrene. According to the design requirements ,we carried on the material bal
12、ance and energy balance for the entire process, then aiming at the material balance ,we carried on the material balance for the input quantity of ethylbenzene feeding tower and the output of tower top and bottom. Based on the laws of thermodynamics, heat balance every equipmentAnd in view of the des
13、ign requirements and the theory of equipment, caculate the sizeSo as to make the equipment up to the design requirements, then achieve the process conditions. Key words: styrene ;ethylbenzene dehydrogenation ; material balance;heat balance ; process calculation;rectification 1 引 言 苯乙烯是含有饱和侧链的一种简单芳烃,
14、是基本有机化工的重要产品之一。苯乙烯 别名乙烯基苯,分子式:C6H5C2H3,分子量 104.15,常温下苯乙烯是有辛辣味无色油状液 体,易燃.密度 901.9kg/m3,熔点 242.5K,沸点 418.2K,不溶于水,溶于乙醇、乙醚中, 25时其溶解度为 0.066%。暴露于空气中逐渐发生聚合及氧化。苯乙烯在空气中允许浓 度为 0.1ml/L,浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。苯乙烯在高温下容易裂 解和燃烧,苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物,其爆炸范围为 1.16.01%(体 积分数) 。 苯乙烯是工业上合成树脂、离子交换树脂及合成橡胶等的重要单体,存在于苏合香 脂(一种天
15、然香料)中,是石化行业的重要基础原料。苯乙烯的主要用途有:1PS(聚 苯乙烯) 、ABS 苯乙烯与丁二烯、丙烯腈共聚,其共聚物可用于生产 ABS 工程塑料;丙烯 晴、丁二烯、苯乙烯。2丁苯胶 与丁二烯共聚可以生成乳胶(SBL)和合成橡胶(SBR) ;3AS 树脂与丙烯腈共聚为 AS 树脂;4其他苯乙烯也可用于生产其它树脂。此外,苯 乙烯还被广泛用于制药、涂料、纺织等工业。由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常 生活用品和工程塑料,用途极为广泛。目前,其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯 ,三分之一用于生产各种塑料和橡胶。 2 第 1 章 苯乙烯生产工艺简介 目前,世界上苯乙烯的生产方法主要有乙苯
16、脱氢法、乙苯氧化脱氢、环氧丙烷-苯乙 烯联产法、热解汽油抽烯合成法以及丁二烯合成法等1。 1.1 乙苯催化脱氢工艺 乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺,由美国 Dow 化学公司首次开发成功。 目前典型的生产工艺主要有 Fina/Badger 工艺、ABB 鲁姆斯/UOP 工艺以及 BASF 工艺等。 乙苯催化脱氢法的技术关键是寻找高活性和高选择性的催化剂,一开始采用的是锌系、 镁系催化剂,以后逐渐被综合性能更好的铁系催化剂所替代。目前,国外苯乙烯催化剂 主要有南方化学集团公司开发的 Styromax-1、Styromax-2、Styromax-4 以及 Styromax-5 型催化剂;美
17、国标准催化剂公司推出的 C-025HA、C-035、C-045 型催化剂;德国 BASF 公 司开发的 S6-20、S6-20S、S6-28、S6-30 催化剂;Dow 化学公司开发出的 D-0239E 型绝热 型催化剂等。我国从 20 世纪 60 年代就开始进行与乙苯脱氢工艺相配套的催化剂研究。 目前开发成功的催化剂主要有兰州石油化工公司研究院的 315、335、345、355 系列催化 剂;厦门大学、中国科学院大连化学物理研究所的 XH、DC 系列以及中国石化集团公司上 海石油化工研究院的 GS 系列催化剂等。兰州石化分公司研究院还从催化剂配方和制备工 艺入手,开发出了以铁-钾-铈-钼-镁
18、为主要体系的低钾型乙苯脱氢催化剂。除了常见的 圆柱型催化剂外,兰州化学工业公司最近还成功地将三叶型催化剂用于苯乙烯的工业生 产上。世界乙苯脱氢催化剂的研究正在向低钾含量、低水比、具有更高稳定性和更长运 转周期的方向发展。 1.2 乙苯氧化脱氢法 乙苯氧化脱氢技术是用较低温度下的放热反应代替高温下的乙苯脱氢吸热反应,从 而大大降低了能耗,提高了效率。氧化脱氢反应为强放热反应,在热力学上有利于苯乙 烯的生成。典型的生产工艺为苯乙烯单体先进反应器技术(Styrene Monomer Advanced Reactor Technology,简称 Smart 工艺) 。该工艺于 20 世纪 90 年代初
19、期开发成功,是 UOP 公司开发的乙苯脱氢选择性氧化技术(Styro-Plus 工艺)与 Lummus、Monsanto 以及 UOP 三家公司开发的 Lummus/UOP 乙苯绝热脱氢技术2的集成。该工艺是在原乙苯脱氢工 艺的基础上,向脱氢产物中加入适量氧或空气,使氢气在选择性氧化催化剂作用下氧化 为水,从而降低了反应物中的氢分压,打破了传统脱氢反应中的热平衡,使反应向生成 物方向移动。 “Smart”工艺流程与 Lummus/UOP 苯乙烯工艺流程基本相同,但反应器结构 3 有较大的差别,主要是在传统脱氢反应器中增加了氢氧化反应过程。该工艺采用三段式 反应器。一段脱氢反应器中乙苯和水蒸汽在
20、脱氢催化剂层进行脱氢反应,在出口物流中 加入定量的空气或氧气与水蒸汽进入两段反应器,两段反应器中装有高选择性氧化催化 剂和脱氢催化剂,氧和氢反应产生的热量使反应物流升温,氧全部消耗,烃无损失,两 段反应器出口物流进入三段反应器,完成脱氢反应。在脱氢反应条件为 620-645、压力 0.03-0.13MPa、蒸汽/乙苯质量为 1-2:1 时,乙苯转化率为 85%,苯乙烯选择性为 92%- 96%2。目前,世界上有 5 套苯乙烯生产装置采用乙苯氧化脱氢工艺进行生产,另外一些 新建生产装置大都准备采用该方法进行生产。 1.3 环氧丙烷-苯乙烯联产法 环氧丙烷-苯乙烯(简称 PO/SM)联产法又称共氧
21、化法3,由 Halcon 公司开发成功, 并于 1973 年在西班牙首次实现工业化生产。在 130-160、0.3-0.5MPa 下,乙苯先在液 相反应器中用氧气氧化生成乙苯过氧化物,生成的乙苯过氧化物经提浓到 17%后进入环氧 化工序,在反应温度为 110、压力为 4.05MPa 条件下,与丙烯发生环氧化反应成环氧丙 烷和甲基苄醇。环氧化反应液经过蒸馏得到环氧丙烷,甲基苄醇在 260、常压条件下脱 水生成苯乙烯。反应产物中苯乙烯与环氧丙烷的质量之比为 2.5:1。除乙苯脱氢法外, 这是目前唯一大规模生产苯乙烯的工业方法,生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的 10%。目前世界上拥有该法专利转让权
22、的生产商主要有莱昂得尔(Lyondell)公司、 Shell 公司、Repsol 公司以及前苏联的下姆斯克(Nizhnekamskneftekhim)公司等。 PO/SM 联产法的特点是不需要高温反应,可以同时联产苯乙烯和环氧丙烷两种重要的有机 化工产品。将乙苯脱氢的吸热和丙烯氧化的放热两个反应结合起来,节省了能量,解决 了环氧丙烷生产中的三废处理问题。另外,由于联产装置的投资费用要比单独的环氧丙 烷和苯乙烯装置降低 25%,操作费用降低 50%以上,因此采用该法建设大型生产装置时更 具竞争优势。该法的不足之处在于受联产品市场状况影响较大,且反应复杂,副产物多, 投资大,乙苯单耗和装置能耗等都
23、要高于乙苯脱氢法工艺。但从联产环氧丙烷的共氧化 角度而言,因可避免氯醇法给环境带来的污染,因此仍具有很好的发展潜力。 1.4 热解汽油抽提蒸馏回收法 从石脑油、瓦斯油蒸汽裂解得到的热解汽油中直接通过抽提蒸馏也可以制得苯乙烯。 GTC 技术公司开发了采用选择性溶剂的抽提蒸馏塔 GT-苯乙烯工艺,从粗热解汽油(来自 石脑油、瓦斯油和 NGL 蒸汽裂解)直接回收苯乙烯。提纯后苯乙烯产品纯度为 99.9%,含 4 苯基乙炔小于 50PPm。采用抽提技术将苯乙烯回收,既可减少后续加氢过程中的氢气消耗, 又避免了催化剂因苯乙烯聚合而引起的中毒,也增产了苯乙烯。据估算,一套以石脑油 为裂解原料的 30.0
24、万吨/年乙烯装置大约可回收约 1.5 万吨/年的苯乙烯。 1.5 丁二烯合成法 Dow 化学公司和荷兰国家矿业公司(DSM)都在开发以丁二烯为原料合成苯乙烯技术。 不仅即将实现工业化生产。Dow 化学工艺以负载在 -沸石上的铜为催化剂,反应于 1.8MPa 和 100下,在装有催化剂的固定床上进行,丁二烯转化率为 90%,4-乙烯基环己 烯(4-VCH)的选择性接近 100%。之后的氧化脱氢采用以氧化铝为载体的锡/锑催化剂, 在气相中进行。在 1 个月的运转期内,催化剂活性下降了一半,此时在催化剂床上通入 氧气使其再生。该反应在 0.6MPa 和 400下进行,VCH 的转化率约为 90%,苯
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 年产 30 苯乙烯 车间 精馏 工段 工艺 设计 95972759
链接地址:https://www.31doc.com/p-2190340.html