年产12万吨苯乙烯装置的工艺设计

北京化工大学毕业设计（论文）目录前言...................................................................................................................1第1章概述.......................................................................................................3第1.1节苯乙烯性质与用途......................................................................3第1.2节乙苯生产工艺评述......................................................................3第1.3节苯乙烯生产工艺评述..................................................................6第1.4节苯乙烯产业现状与发展..............................................................9第2章生产原理与流程.................................................................................11第2.1节原料及产品性能........................................................................11第2.2节反应原理....................................................................................15第2.3节工艺流程....................................................................................21第3章物料衡算.............................................................................................33第3.1节全车间物料衡算........................................................................33第3.2节乙苯生产流程物料衡算............................................................34第3.3节脱氢制乙苯流程物料衡算........................................................45第4章热量衡算.............................................................................................55第4.1节脱氢反应器热量衡算................................................................55第4.2节反应器附属设备热量衡算........................................................59第4.3节苯塔............................................................................................64第5章乙苯-苯乙烯精馏塔设计...................................................................71第5.1节操作条件....................................................................................71第5.2节工艺计算....................................................................................74第5.3节附属设备选型............................................................................94第6章工程经济分析...................................................................................105第6.1节项目概述..................................................................................105第6.2节财务计算..................................................................................106第7章通用工程............................................................................................111第7.1节安全工程..................................................................................111第7.2节三废处理..................................................................................111第7.3节公用工程..................................................................................112北京化工大学毕业设计（论文）总结..................................................................................................................113参考文献..........................................................................................................115致谢..............................................................................................................117北京化工大学毕业设计（论文）1前言苯乙烯学名为乙烯基苯，结构简式为，其作为石油化工行业的重要的有机原料，主要用于生产树脂以及橡胶等高分子聚合材料。同时也可用于生产医药品以及离子交换树脂等。此外，苯乙烯还被广泛运用于制药、染料生产、农药生产与矿业等其他领域。在工业过程中，苯乙烯主要通过乙苯在催化作用下发生脱氢进行生产，比例占到全世界苯乙烯生产量的85%以上。随着ABS树脂和聚苯乙烯等下游产品的需求的不断增长，最近几年来全世界的苯乙烯产业迅速壮大。1999年全世界苯乙烯的年产量已经达到2170万吨，到2008年初，全世界拥有的苯乙烯产能就达到了3174万吨/年，截止2010年世界苯乙烯产能为3317吨/年，到2013年苯乙烯产量已达到3900万吨。中国作为亚洲苯乙烯第一需求国，随着苯乙烯下游产业消费的增长，此外国内苯乙烯原料还需依托进口，仍存在较大的供应缺口，预计到2017年国内的需求量将达到1000万吨。到2014年底中国苯乙烯消费量达822万吨，其中进口量为333万吨，对于国内市场，我国苯乙烯产能仍不能满足国内的需求量。同时，我国很多苯乙烯生产厂家的生产技术落后，生产过程物耗和能耗较高，不能满足可持续发展的要求。在此背景条件下，在国内采用先进的苯乙烯生产技术，建立苯乙烯生产工厂，仍有较大的经济潜力，同时，可以满足我国的苯乙烯的自给率。本设计的内容即为年产12万吨苯乙烯生产装置的初步设计，包括生产过程的工艺选择、生产条件确定、物料衡算、热量衡算，以及苯乙烯生产过程中的精馏塔的设计与校验，常规设备的计算与选型等。同时，绘制了生产过程的PFD图、PID图以及各车间设备布置的平、立面图，为苯乙烯生产装置的设计提供初步的设计基础。本设计乙苯生产过程采用Y型分子筛液相法，生产条件温和，乙苯收率较高，催化剂的寿命长。乙苯脱氢工序采用先进的SMART工艺，脱氢产生的氢气被选择性氧化放出热量，提高了苯乙烯选择性和乙苯转化率，降低了生产过程的能耗。乙苯脱氢反应器为苯乙烯单体先进反应器，反应器的特点为采用乙苯脱氢-氢选择性氧化技术，在脱氢反应器的第二个反应床层装有氢选择性氧化催化剂，在生产过程中向反应器通入适量的氧气，使脱氢反应的氢气选择性氧化，放出热量并提高了乙苯的转化率。苯乙烯精馏过程中的乙苯-苯乙烯精馏塔，由于苯乙烯在高温下易聚合且与乙苯的沸点相差较小，因此采用减压精馏技术进行分离。采用压降较小的筛板塔，可以有效北京化工大学毕业设计（论文）2降低乙苯-苯乙烯精馏塔的板压降。根据生产任务，对乙苯-苯乙烯精馏塔进行了设计，并进行了流体力学校验。换热器、泵等化工生产过程中的常见的通用设备的设备，对于这些通用设备需要根据不同的任务，通过计算进行了选型与校验，确定所选设备能够满足要求。电力、加热蒸汽以及冷却水都是化工生产过程的通用工程，对其进行了简单的说明，具体设计任务交由相关部门进行详细设计。为满足可持续发展的生产要求，需要对废水、废气和固体废气物进行处理，减少生产工程对环境的危害。在设计与计算过程中，为方便计算，对一些计算过程进行了简化。同时本设计完成的是苯乙烯生产装置的初步设计，要实现工业化生产，需要进行更加详细具体的设计，并进行大量的计算工作和车间建设工作。由于我的知识和经验有限，而设计过程涉及的知识面很广。因此，设计与计算过程中难免存在疏漏，恳请各位老师给予批评与指正。2015年4月1日北京化工大学毕业设计（论文）3第1章概述苯乙烯作为基础有机化工原料，主要用于生产苯乙烯系列树脂、丁苯橡胶、离子交换树脂、ABS高分子聚合物等。ABS（由苯乙烯、丁二烯和乙烯氰共聚而成的聚合物）是用型最大宗的热塑性工程塑胶，在仪器仪表、电子工业、家电玩具等行业具有广泛的应用，此外，苯乙烯还被用于制药、燃料和医药等其他领域。目前，在世界合成树脂中苯乙烯系列树脂的产量居于第三位，仅次于PE和PVC。第1.1节苯乙烯性质与用途苯乙烯(简称SM），学名乙烯基苯，分子式，结构简式，相对分子质量104.14g/mol。苯乙烯含有不饱和侧链，常温条件下为有芳香气味的无色油状液体，是最简单的不饱和芳烃，也是有机化工重要的基础原料之一。苯乙烯常压下沸点为145℃，凝固点为-30.6℃，相对密度0.902g/，折射率为1.5467。常温下苯乙烯具有辛辣香味，苯乙烯难溶于水，常温下苯乙烯在水中的溶解度只有0.066%，苯乙烯溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。苯乙烯在空气中的允许浓度为0.1ml/L，浓度过高、接触时间过长会对人体有一定的危害；苯乙烯为有机物易燃烧，苯乙烯蒸汽易发生爆炸，在空气中苯乙烯蒸汽的爆炸范围为1.1～6.01%（体积分数)。苯乙烯具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露在含氧条件下，双键易发生氧化，生成醛、酮类化