乙苯制苯乙烯
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南京工业大学
化学化工学院
《化工过程与工艺设计》
设计题目 乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计
学生姓名 吴美妍 班级、学号 化工100704
指导教师姓名 林陵
设计时间 2013年 6 月27日-2013 年7月12日
课程设计成绩：
设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%
独立工作能力、综合能力及设计过程表现，20%
设计答辩及回答问题情况，10%
设计最终成绩（百分制转换为五级分制）
指导教师签字
目录
第一部分 设计说明书
前言 ······················ 错误!未定义书签。
第一章 概述··················· 错误!未定义书签。
工艺路线与产品 ··············· 错误!未定义书签。
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第二章 原料与产品的性质············· 错误!未定义书签。
原料性质 ·················· 错误!未定义书签。
产品性质 ·················· 错误!未定义书签。
第四章 安全和工业卫生·············· 错误!未定义书签。
第五章 三废排放及治理方案············ 错误!未定义书签。
第七章 主要设备一览表·············· 错误!未定义书签。
表一 非定型设备一览表（一）········· 错误!未定义书签。
表二 非定型设备一览表（二） ········ 错误!未定义书签。
第八章 原料、动力消耗及排出一览表········ 错误!未定义书签。
第二部分 设计计算书
第一章 物料衡算················· 错误!未定义书签。
第二章 主要设备物料衡算、热量衡算和设备计算··· 错误!未定义书签。
进料泵 ··················· 错误!未定义书签。
液体汽化器H1 ················ 错误!未定义书签。
反应器R1 ·················· 错误!未定义书签。
气气换热器H2 ················ 错误!未定义书签。
第三章 设备计算程序及说明············ 错误!未定义书签。
反应器计算程序 ··············· 错误!未定义书签。
回流比与塔板数作图············· 错误!未定义书签。
第三部分 附录
附录1 符号说明 ················· 错误!未定义书签。
附录2 参考文献 ················· 错误!未定义书签。
附录3 ASPEN PLUS模拟计算结果·········· 错误!未定义书签。
附录4 PFD图
附录5 PID图
附录5 平面布置图
附录6 立面布置图（可选）
第一部分 设计说明书
前言
苯乙烯是一种重要的石油化工基本原料，是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生产品。其主要用于生产和制备聚苯乙烯(PS)、丁苯橡胶 (SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯—顺丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)树脂和不饱和聚酯等，并广泛用在电子、汽车、建筑、包装、日用轻工等领域中。
在世界上，苯乙烯的主要生产方法为乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脱氢法等。其中，工业化的生产方法为乙苯催化脱氢法和乙苯共氧化法，两种方法所生产的苯乙烯分别占苯乙烯总产量的85%和15%。目前，国内外生产苯乙烯的主要方法是乙苯脱氢法，它又包括Lummus/UOP乙苯脱氢工艺、Fina/Badger乙苯脱氢工艺和乙苯脱氢选择性氧化工艺（Smart工艺）3种工艺。
化工流程模拟(过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析并做出环境和经济评价的一门新兴技术。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术等学科相互结合的产物，在近几十年中发展迅速，并广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合领域。
Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目被命名为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了Aspen Tech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
第一章 概述
生产方法
苯乙烯的工业生产方法有：
①烯和苯烷基化生成乙苯，乙苯经催化脱氢制苯乙烯；
②乙苯氧化生成生成乙苯过氧化氢，然后与丙烯反应生成α—甲基苯甲醇和环氧丙烷，α—甲基苯甲醇脱水生成苯乙烯；
目前，乙苯催化脱氢法制苯乙烯约占世界苯乙烯总产量的90%；乙苯过氧化氢法是70年代后越来越多采用的新工艺，其优点是联产环氧丙烷。
本设计计算采用乙苯脱氢法生产工艺。
工艺流程
生产流程示意如下：
图1-2 乙苯脱氢制苯乙烯流程图
乙苯脱氢生产方法
乙苯催化脱氢采用氧化铁（Fe2O3）作为催化剂，这种催化剂一般含有Cr2O3,并以KOH或K2O3为助催化剂，脱氢反应温度600℃左右。巴斯夫法（等温过程）催化剂装在列管式反应器中，由外部可燃气体为反应器供热；绝热反应过程则直接加入过热水蒸汽于反应器中，为脱氢反应提供所需的热量。为了减少副反应，用掺入水蒸汽的方法来降低乙苯分压，以增加乙苯转化率。副产物是甲苯、苯和少量的焦油状物等，为了防止苯乙烯聚合，在反应产物中加入少量阻聚剂。反应产物经精馏分离出轻组分得到苯乙烯产品，未转化的乙苯循环回反应继续反应。
第二章 原料与产品性质
原料
化学名称：乙苯
序号 常数名称 计量单位 常数值 备注
1 分子量
2 液体比重
3 沸点 ℃ 101325Pa
4 熔点 ℃ 101325Pa
5 液体热容量 kJ/（kg
K）
6 蒸汽热容量 Kcal/（kg
K） 27℃
7 蒸发热 kJ /mol 正常沸点下
8 液体粘度 104kgSee/M2 20℃
9 生成热 Kcal/mol 20℃
10 燃烧热 Kcal/mol 气体
11 闪点 ℃ 15
12 自然点 ℃
13 爆炸范围 %(体积) ～
主要性质：
乙苯是无色液体，具有芳香气味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，几乎不溶于水，易燃易爆，对皮肤、眼睛、粘膜有刺激性，在空气中最大允许浓度为
100PPM。乙苯侧链易被氧化，氧化产物随氧化剂的强弱剂（如高锰酸钾）或催化剂作用下，用空气或氧气氧化，生成苯甲酸；若用缓和氧化剂或温和的反应条件氧化，则生成苯乙酮。
产品
化学名称：苯乙烯 英文名称：styrol
规 格：含量≥% 分子量 ：
沸 点：145.2℃ 熔点：－30.6℃
折 光 率：（25℃） 结构式 ： CH=CH2
主要性质：
苯乙烯（SM）是含有饱和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。苯乙烯为无色透明液体，常温下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯难溶于水，25℃时其溶解度为%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。
苯乙烯在空气中允许浓度为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～%（体积分数）。
苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。
第三章 主要设备选型
生产苯乙烯需要的设备及其规格如表1所示：
表1 主要生产设备一览表
序号 项目 规格 数量
1 过热蒸汽炉 选用HS201或HS219 1
2 脱氢反应器 选用标准 2
3 氧化脱氢反应器 选用标准 1
4 冷凝器 G273I-16-5 1
5 气体压缩机 选用标准 1
6 油水分离机 选择标准 1
7 粗馏塔 填料塔Z=8.8m，D=1.8m 1
8 乙苯塔 1
9 苯乙烯精馏塔 1
10 甲苯与苯塔 1
11 动力泵 IS50-32-160A 8
注：另需配套管道阀门若干；100～150吨风冷水塔2个，作为冷却水循环使用装置。
第四章 安全措施与劳动保护
安全标准
根据生产所用原料，中间产品和成品性质，对生产的各部分防爆、防火标准规定为甲级防火，Q-2级防爆。
