Ⅱ
50万吨年产量的苯乙烯生产工艺设计
摘要
苯乙烯作为一种基本的化工原料，具有非常广泛的用途。本设计着重介绍了处理量为50万吨苯乙烯的工艺生产，简单讨论了国内外苯乙烯的发展以及对国内外生产苯乙烯的方法进行了比较，重点简述了苯乙烯的工艺生产与流程。采用了乙苯催化脱氢法制备苯乙烯，工艺流程主要是由两个工段组成：脱氢反应工段和精制工段。反应器选用三段绝热式反应器，对于多段绝热式反应器来说，三段式中苯乙烯的单程转化率比一段式、二段式要高大概10%，苯乙烯的选择性达到了96.5%，从而使整个装置的能耗得以降低。精馏塔采用的是板式精馏塔，通过对整个工艺流程进行的初步物料衡算，再利用Aspenplus模拟软件，得出了精馏塔合理的进料板和理论塔板数，并建立了苯乙烯生产工艺的全流程模拟模型。
关键词：乙苯脱氢；苯乙烯；绝热式；精制；物料衡算；Aspenplus;
目录
TOC\o1-2\h\z\u1前言 1
1.1苯乙烯发展现状与前景 1
1.2苯乙烯的性质与用途 1
1.3原料乙苯的性质与用途 2
1.4生产方法的比较与选择 2
2苯乙烯的工艺生产 5
2.1工艺方案简介 5
2.2工艺流程 6
3工艺计算 8
3.1生产能力的计算 8
3.2各设备的物料衡算 8
3.3热量衡算 12
4设备设计与选型 13
4.1脱氢反应器的设计 13
4.2换热器的设计 16
4.3精馏塔的设计 18
5典型设备选型一览表及主要公用工程 23
5.1典型设备选型一览表 23
5.2主要公用工程 23
结论 25
参考文献 26
附录 29
第PAGE
1前言
1.1苯乙烯发展现状与前景
自50年代以来，由于我国人口过多，在苯乙烯生产方面发展起步过晚，各项消费指标也在逐年的增强，因此我国更应该大力度的发展苯乙烯的生产能力。随着时间的飞逝，令人惊讶的是，在国内苯乙烯的消耗量也同样在不停的增长，从最开始的3603kt上升到了4503kt。一直以来，我国苯乙烯的生产量就太低，满足不了我国的发展，从2001-2006年起，我国进口的苯乙烯就达到了2343～2661kt。虽然我国在不停的发展，苯乙烯的产量也不断的在增加，但是需求量并未减少，也一直在增加，因为苯乙烯在世界的欢迎度也是非常高的。据许多专家预测和统计，2022年可达到3920kt/a。以下是我国苯乙烯近几年的产量及产能利用率【1】：
图1.1苯乙烯产量及产能利用率
1.2苯乙烯的性质与用途
苯乙烯又称SM，它的化学式是C8H8，是一种溶于某些有机溶剂，但不溶于水的无色透明油状液体，比如：乙醇以及乙醚等。作为油脂化合物的苯乙烯，若长期暴露在空气中，可能会发生一些副反应，比如：氧化反应和聚合反应。由于纯的苯乙烯是无色液体，若发生了聚合则会变成带有辛辣味的淡黄色液体，那么它的黏度也会变得很大，所以我们在进行保存时要低温保存【2】。
苯乙烯具有十分广泛的用途，不仅可以通过自聚反应生成聚苯乙烯树脂(PS)，通过与丙烯晴（AN）发生共聚反应生成丙苯树脂（AS），与丁二烯共聚生成丁苯橡胶和丁苯胶乳(SBR/SBR胶乳)，与丁二烯和AN生成ABS塑料等。而且苯乙烯还可以用于制药，制造一些西药的原料配料，用于农药的生产。根据近年来的数据，世界上能生产苯乙烯的国家有50多个，并且这些国家苯乙烯的生产能力已经达到了30000kt/a。在世界上合成苯乙烯的方法有很多，所用到的原料也有很多，其中最广泛的就是乙苯【3】。
1.3原料乙苯的性质与用途
乙苯作为具有芳香性气味的液体，可以溶于乙醇，苯，四氯化碳等物质，而且乙苯易溶易爆，具有刺激性，尤其是对眼睛和皮肤是非常不友好的。
乙苯作为一种中间体，不仅可以用于生产苯乙烯，而且可以充当制药工业的原料【4】，以下图是乙苯的其他性质：
图1.2原料乙苯的性质
1.4生产方法的比较与选择
目前生产苯乙烯的方法多种多样，分别有Halcon法，乙苯脱氢法，裂解汽油萃取分离法，丁二烯合成法，等【5】，以下将对这几种方法进行比较，从而选出本设计所需要用到的方法。
1.4.1乙苯脱氢法
乙苯催化脱氢法
此方法是以乙苯为原料，通过过热蒸汽炉加热，进入到绝热式反应器中进行脱氢反应，所生产的初产品再经过油水分离器进行分离，然后进入苯乙烯精馏塔得到苯乙烯和其他副产品。其中温度在600℃上下浮动，压力为1.01Mpa，乙苯/水为1：1.3，空速为0.6-1h-1，转化率为40%-50%，选择性为90%-95%。其中蒸汽经过过热蒸汽炉加热到800℃，再进入反应器进行反应【6】。整个