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1、0 / 19 摘 要 苯乙烯是合成聚苯乙烯的主要材料，而聚苯乙烯的用途很广；认真分析苯乙烯 的性质，市场需求，原料来源及社会影响；了解苯乙烯制备过程，设计合理工艺流 程；对流程过程进行物料、热量进行恒算。因此面对当今能源紧缺，高科技的新时 代，新的能源是当代人们面对的最大挑战，同时面对我国的现状，合成苯乙烯是一 个形势所迫的任务，同时对我国的经济发展会起到很大的促进作用。 关键词： 苯乙烯，原料，用途，工艺流程 一、概述 ： -30.6 沸点(： 146 相对密度 (水=1： 0.91 相对蒸气密度 (空气=1： 3.6 饱和蒸气压 (kPa： 1.33(30.8 燃烧热 (kJ/mol： 4
2、376.9 临界温度 (： 369 临界压力 (MPa： 3.81 辛醇/水分配系数的对数值： 3.2 闪点(： 34.4 引燃温度 (： 490 爆炸上限 %(V/V ： 6.1 爆炸下限 %(V/V ： 1.1 2化学性质 遇明火极易燃烧。光或存在过氧化物催化剂时，极易聚合放热导致爆炸。与氯 磺酸、发烟硫酸、浓硫酸反应剧烈，有爆炸危险。有毒，对人体皮肤、眼和呼吸系 统有刺激性。空气中最高容许浓度为100ppm。苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧， 2 / 19 生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氢气等。苯乙烯蒸气与空 气能形成爆炸混合物，其爆炸范围为1.16.01。 苯乙烯具有乙
3、烯基烯烃的性质，反应性能极强，如氧化、还原、氯化等反应均 可进行，并能与卤化氢发生加成反应。苯乙烯暴露于空气中，易被氧化成醛、酮 类。苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯作为阻聚剂 ,起到阻止或延绶 不饱和的作用。进入到乙苯-苯乙烯塔中 , 乙苯作为轻组分，苯乙烯作为重组分，使 其分离，依次进行乙苯，甲苯的回收，最后对苯乙烯进行精留。而对苯、甲苯的回 收时，只对生成的进行回收，对于开始加入的那些，继续进行使作，起来循环生 产。 1乙苯脱氢 乙苯在水蒸气存在下催化脱氢生成苯乙烯，是在段间带有蒸汽再热器的两个串 联的绝热径向反应器内进行，反应所需热量由来自蒸汽过热炉的过热蒸汽提供。 在蒸汽过热炉中，水蒸气在对
4、流段内预热，然后在辐射段的A 组管内过热到 880。此过热蒸汽首先与反应混合物换热，将反应混合物加热到反应温度。然后 再去蒸汽过热炉辐射段的B 管，被加热到 650后进入一段脱氢反应器。过热的水 蒸气与被加热的乙苯在一段反应器的入口处混合，由中心管沿径向进入催化剂床 层。混合物经反应器段间再热器被加热到500，然后进入二段脱氢反应器。反应 器流出物经废热锅炉换热被冷却回收热量，同时分别产生3.14MPa和 0.039MPa蒸 汽。 反应产物经冷凝冷却降温后，送入分离器，不凝气体90%、(b3%、 (c7%、 为简化计算，假定： 反应混合原料组成：乙苯： 99%( W% ，甲苯： 0.8%，苯：
5、 0.2%，混合原 料中不含其它二甲苯。 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。 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， 11 / 19 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。 阻聚剂加入量为有机混合物量的0.03(W%。 乙苯苯乙烯塔真空操作，塔顶压力200mmHg。塔顶苯乙烯含量 0.25%，塔釜乙苯 0.3%。 乙苯回收塔，塔顶乙苯0.1%，塔釜甲苯 0.4%。 苯甲苯塔塔顶压力 160mmHg，塔顶甲苯 0.5%，塔釜苯 0.2%。 精馏塔塔顶苯乙烯回收率大于95%，乙苯塔顶 0.3%，苯乙烯塔底 0.25.精 馏
6、塔真空操作，塔顶压力50mmHg。 2计算总式 11 总物料恒算： F = D + W 易挥发组分的物料恒算： F XF = D XD + W XW F原料液量 KJ/mol D塔顶馏出液量 KJ/mol W塔釜残液量 KJ/mol XF原料液中易挥发组分的摩尔分数 XD馏出液中易挥发组分的摩尔分数 XW残液中易挥发组分的摩尔分数 3物料衡算 表 1 反应器进料 =84.05 kmol/h 苯乙烯 92.46 kmol/h 甲苯 7.19 + 1.74=8.93 kmol/h 苯 3.08 + 0.51=3.59 kmol/h 乙稀 3.08 kmol/h 甲烷 7.19 kmol/h 氢气
7、92.46 7.19 = 85.72 kmol/h 表 3 反应器出口的有机混合物质量组成 乙苯 84.05106=8909.3 Kg/h 45.39 W% 苯乙烯 92.46104=9615.84 Kg/h 48.99 W% 甲苯 8.9392=821.56 Kg/h 4.19 W% 苯 3.5978=280.02 Kg/h 1.43 W% 合计 19626.72 Kg/h 100.00 13 / 19 表 4 冷凝器顶物料 氢气 85.27 kmol/h 甲烷 8.93 kmol/h 乙稀 3.08 kmol/h 表 5 冷凝器底物料 乙苯 84.05 kmol/h 苯乙烯 92.46 k
8、mol/h 甲苯 8.93 kmol/h 苯 3.59 kmol/h 水 2860 kmol/h 分离器底的废水组成： 因废水中夹带的芳烃量为500mgkg，芳烃组成同有机混合物废水中夹带的芳 烃量 51480 0.0005=25.74 kg/h 。 表 6 废水中损失的芳烃量 Kg/h kmol/h 乙苯 25.740.4539=11.68 kg/h 0.11 苯乙烯 25.740.4899=12.61 kg/h 0.12 甲苯 25.740.0419 =1.08 kg/h 0.01 苯 25.740.0143=0.36 kg/h 0.0047 表 7 分离器顶的有机混合物组成 乙苯 80.
9、05-0.11 =79.94 kmol/h 苯乙烯 92.46-0.12=92.34kmol/h 甲苯 8.93-0.01=8.92kmol/h 苯 3.59-0.004=3.586kmol/h 阻聚剂加入量 (2.6-二硝基对甲酚， C7H6N2O5，因为阻聚剂加入量为有机混合 物的 0.03W% 。 阻聚剂加入量： 19626.72 0.03% = 5.89 kmol/h 14 / 19 即 5.89 198 =0.032 kmol/h 表 8 乙苯苯乙烯塔的进料 13 乙苯 79.94 kmol/h 苯乙烯 92.34 kmol/h 甲苯 8.92 kmol/h 苯 3.856 kmol
10、/h 阻聚剂 0.029ol/h 进料量 ： F179.94+92.34+8.92+3.586+0.032=184.82kmol/h 表 9 进料组成 进料组成 mol% 乙苯 79.94184.82=0.43 苯乙烯 92.34184.82=0.49 甲苯 8.92184.82=0.048 苯 3.58184.82=0.019 阻聚剂 0.032184.82=0.00017 乙苯苯乙烯塔底 (选轻关键组份为乙苯，重关键组份为苯乙烯 乙苯苯乙烯塔顶的物料： D1=79.94 进料量 F2D192.03 kmol/h 15 / 19 乙苯回收塔塔顶的物料： D2=3.586+8.92 进料量 F
11、3=D2=12.71 kmol/h 苯甲苯塔塔顶的物料： D3=3.586 F4=W1=92.38 kmol/h 苯乙烯精馏塔塔顶的物料： D4=79.94 0.003+92.34 1-0.25%） 95%=87.74 kmol/h X 乙苯=79.94 0.003 87.74=0.0027 X 苯乙烯=92.34 1-0.25%） 95% 87.74=0.9973 苯乙烯精馏塔塔底的物料： 16 / 19 W4=F4-D4=92.38-87.74=4.64 kmol/h 平衡后： 由上述物料反应可知： 20000Kg/h的新鲜物料可生产出苯乙烯： 87.74 0.9973=87.50 87.
12、50104=9100.32 Kg 年产 20万吨苯乙烯，连续生产300天，即每小时生产苯乙烯： 20 104 300 24=27777.78 Kg/h 需要新鲜物料： 20000：9100.32= X：27777.78 X= 61047.919 kg/h 五、设计总结 通过本次设计让我深深的体会到了知识的匮乏以及学以致用的重要性，在综合 运用所学专业知识方面还很缺乏实践能力，因此，通过本次设计我不但学会了综合 运用所学知识还学到了许多设计涉及的新知识。 我感受到做设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程 和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突
13、 破，那也就不叫设计了；希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。 本设计在很多方面都只是进行了粗浅的设计，在一些细节技术的处理上因为学 识的不够，并没有进行深入的探讨，要进一步完善该工艺、进一步提高工艺的经济 性，希望从以下两个方面来取得突破： 第一，结合工艺指标对流化床催化剂进行设计，开发出更加经济的新型催化 剂。 第二，对整个生产工艺进行全局优化布置，包括能量综合利用系统和水综合利 用的网络布置，提高能源的综合利用。 17 / 19 参考文献 1 汪家鼎等主编化学工程手册M 化学工业出版社， 2001上卷 2 中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册M 化学工业出版 社2003
14、出版 3 张承翼玉编化工工程制图化学工业出版社2006出版 4 吴指南主编基本有机化工工艺学化学工业出版社2003出版 5 小岛和夫著，傅良译化工分离过程化学工业出版社2007出版 6 赵国方主编化工工艺设计概论化学工业出版社2005出版 7 陈敏恒，丛德滋等编化工原理化学工业出版社2006出版 8 董董大勤编化工设备机械基础化学工业出版社2003出版 9 全国化工化学工程设计技术中心站编化工单元操作设计手册化学工业 出版社 1994出版 10 马沛生等编石油化工基础数据手册M 化学工业出版社 2002出版 11 崔国华，许如初编著计算方法电子工业出版社2000出版 12 王小宝主编无机化学工艺学，北京：化学工业出版社2000年出版 13 王大全精细化生产流程图解化学工业出版社1999年出版 18 / 19 致谢 在毕业设计完成之际，我要特别感谢我的指导孔老师热情关怀和细心指导。在 我撰写论文的过程中，孔老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构 思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了孔老 师细致的教诲和无私的帮助，在此表示真诚地感谢。 感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。 最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷 心地感谢！