学号： 11401128
常 州 大 学 课 程 设 计 题 目 50000t苯乙烯工艺设计 学 生 杨 鑫 学 院 石油化工学院 专业班级 化工111 校内指导教师 朱红星 专业技术职务 教 授 校外指导老师 专业技术职务
二○一四年十二月
目 录
1 苯乙烯设计计算书 ................................................................................................................ 1 1.1 设计题目 ......................................................................................................................... 1 1.2 设计主要内容 ................................................................................................................. 1 1.3 产品主要规格和参数 ..................................................................................................... 1 1.4 原材料及辅助材料主要规格 ......................................................................................... 1 1.5 生产条件 ......................................................................................................................... 1 1.6 基础条件 ......................................................................................................................... 1 2 工艺设计物性参数 ................................................................................................................ 1 3 物料及热量衡算 .................................................................................................................... 2 3.1 计算依据 ......................................................................................................................... 2 3.2 物料衡算 ......................................................................................................................... 3 3.3 热量衡算 ......................................................................................................................... 8 4 乙苯塔计算 .......................................................................................................................... 14 4.1乙苯塔操作条件的确定 ................................................................................................ 14 4.2 理论板数的计算 ........................................................................................................... 18 4.3 加料板位置的确定 ...................................................................................................... 19 4.4 塔径及内件的计算 ....................................................................................................... 19 4.5 筛板的流体力学验算 ................................................................................................... 21 4.6 塔顶冷凝器负荷计算 ................................................................................................... 24 4.7 再沸器的计算 ............................................................................................................... 27 5 设备选型 .............................................................................................................................. 27 5.1 罐的选取 ....................................................................................................................... 27 5.2 换热器的选型 ............................................................................................................... 30 5.3 泵的选取 ....................................................................................................................... 33 5.4 管径的选取 ................................................................................................................... 36
1 苯乙烯设计计算书
1.1 设计题目
50000t/a苯乙烯生产工艺设计
1.2 设计主要内容
用苯乙烯为原料，采用绝热式反应器脱氢，通过精致获得苯乙烯。
1.3 产品主要规格和参数
表1 产品主要规格参数
序号 1 2 3
名称 苯乙烯 苯 甲苯 规格 ≥99.9 ≥99.9 ≥99.9
国标、部标或企标
备注
1.4 原材料及辅助材料主要规格
表2 原材料规格
序号 1 2
名称 乙苯
规格 国标、部标或企标 ≥99.9 工业品
备注
1.5 生产条件
连续生产，年产50000t，7600小时/年
1.6 基础条件
1.6.1 建设地点
常州化工开发区 1.6.2 公用工程参数
蒸汽：0.8 MP 电： 50KV
2 工艺设计物性参数
表3 工艺设计物性参数
项目
液体密度(293K
时)
正常熔点Tm 正常沸点Tb 临界温度Tc 临界压力Pc 临界体积Vc 临界压缩因子Zc 偏心因子ω 恒压热容Cp Antoine蒸汽压方
程系数 生成热 △Η° 燃烧热△Η° 熔化热△Η° 25℃时汽化热
△Η° 沸点时汽化热
△Η°
标准生成自由焓
△Ｇ° 20℃时粘度 20℃时导热系数 时体积膨胀系数
表面张力
单位 kg/m K K K MPa M3/mol —— —— J/mol．K
A B C kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol MPa．s Kcal/(m.h. ℃
) -110×/℃ 10-3N/m
苯 879 278.7 353.3 562.1 4.894 259 0.271 0.212 216.3 15.9008 2788.51 -52.36 82.9 -3268 9.832 33.85 30.75 30.99 0.737 0.127 12.4 28.6
甲 苯 867 177.3 383.8 591.7 4.114 316 0.264 0.257 158.6 16.0137 3096.52 -53.67 50.00 -3910 6.611 37.99 33.47 29.16 0.675 0.119 10.9 27.9
乙 苯 867 178.2 409.3 617.1 3.607 374 0.263 0.301 —— 16.0195 3279.47 -59.95 29.79 —— —— —— 35.56 32.21 —— —— —— ——
苯 乙 烯
906 242.6 418.3 647 3.992 —— —— 0.257 —— 16.0193 3328.57 -63.72 103.9 -4395 —— —— 36.44 51.10 0.72 —— —— ——
3 物料及热量衡算
3.1 计算依据
乙苯脱氢制苯乙烯装置包括脱氢和精馏两个单元，是具有循环物流的复杂化工过程 。
乙苯脱氢反应在装有铁系催化剂的列管反应器中进行，反应方程式为： 主反应 C6H5C2H5 → C6H5CHCH2 + H2 (a) 副反应 C6H5C2H5 → C6H6 +CH2CH2 (b) C6H5C2H5 + H2 → C6H5CH3 + CH4 (c)
水蒸汽作稀释剂，水蒸汽和乙苯质量比为2.6：1反应压力为150000Pa(绝)，反应温度为580℃，反应器进口温度600℃。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。
该设计中，各物质转化率如下： 苯乙烯：54% 苯：1.7% 甲苯：1.5% 焦油：0.5%
3.2 物料衡算
3.2.1 反应器进料
假设以100 kg/h原料进料为基准，
乙苯 ：100 kg/h 100/106=0.94 kmol/h； 3.2.2 进反应器的蒸汽量
100×2.6=260 kg/h 260/18=14.44 kmol/h 3.2.3 反应器的出料 (1) 一段反应器的出料
据化学反应式(a) C8H10---C8H8+H2 生成的苯乙烯： 54×104/106=52.98 kg/h 生成的H2量： 54×2/106=1.02 kg/h 副反应：
据化学反应式(b) C8H10---C6H6+C2H4 生成的苯： 1.7×78/106=1.25 kg/h 生成的乙烯： 1.7×28/106=0.45 kg/h 据化学反应式(c) C8H10+H2---C7H8+CH4 消耗H2量： 1.5×2/106=0.03 kg/h 生成的甲苯量： 1.5×92/106=1.30 kg/h 生成的甲烷量： 1.5×16/106=0.23 kg/h 则反应器出口的物料组成 乙苯： 42.30 kg/h 苯乙烯 ： 52.98 kg/h 甲苯： 1.3 kg/h 苯 ： 1.25 kg/h 乙稀 ： 0.45 kg/h 甲烷 ： 0.23 kg/h