1、年产 15 万吨乙苯工艺设计With an Annual Output of 150 Thousand Tons of Ethyl-benzene Technology Design目录摘要 .IAbstract.II引言 .1第一章 文献综述 .21.1 乙苯的性质 .21.2 产品用途 .21.3 乙苯在国民经济中的重要性及市场需求 .2第二章 生产工艺流程设计 .32.1 由 C8 芳烃分离乙苯 .32.2 苯的烷基化生产乙苯 .32.2.1 气液相烷基化法 .32.2.2 气固相烷基化法 .32.2.3 莫比尔 巴杰尔法（Mobil Badger） .42.3 工艺参数的确定 .4第三
2、章 工艺计算 .53.1 物料衡算 .53.1.1 原料乙烯进料量计算 .53.1.2 原料新鲜苯的计算 .63.1.3 循环苯的计算 .63.1.4 络合物计算 .63.1.5 尾气量的计算 .73.1.6 烷基化液量的计算 .83.1.7 排出的废络合物 .83.1.8 机械损失量 .83.2.热量衡算 .113.2.1 烃化塔带入热量的计算 .113.2.2 物 料带出热的计算 .113.2.4 烷基化反应器冷凝器负荷及冷却水量的计算 .143.2.5 烷基化液冷却器及冷却水 .143.3 乙苯精馏塔衡算 .15第四章 苯精馏塔的设计表 .174.1 塔体温度的确定 .174.1.1 塔
3、顶温度 .174.1.2 塔底温度确定 .184.1.3 烷基化液进料温度 .184.2 回流比及实际板数的确定 .194.2.1 回流比的确定 .194.2.2 最小理论板数的确定 .194.2.3 总板效率 .194.2.4 实际板数确定 .204.3 进料板位置的确定 .204.4 气液相负荷及塔径计算 .204.5 溢流装置的设计 .234.5.1 溢流堰长 .234.5.2 溢流堰高 .234.6 降液管的设计 .234.6.1 弓形降液管的宽度和横截面积 .234.6.3 降液管底隙高度 .244.7 塔板的布置 .244.7.1 边缘区宽度确定 .244.7.2 开孔区面积计算
4、.244.7.3 浮阀数计算及其排列 .24第五章 塔板流体力学验算 .265.1 压降计算 .265.2 塔板负荷性校核 .275.2.1 极限雾沫夹带线 .275.2.2 液泛线 .275.2.3 降液管负荷上限线 .275.2.4 液相下限线 .285.2.5 气液负荷下限线 .28第六章 塔高及塔附件的计算及选型 .296.1 塔总体高度 .296.2 塔体壁厚设计 .296.3 封头设计及人孔选取 .296.3.1 封头设计 .296.3.2 人孔及群座的选取 .296.4 接管计算 .296.4.1 进料管 .306.4.2 塔顶蒸汽管 .306.4.3 回流管径 .306.4.4
5、 釜底出料管径 .316.4.5 再沸气管径 .31结论 .32致谢 .33参考文献 .34I年产 15 万吨乙苯工艺设计摘要：乙苯是一个重要的中间体，国内大多苯与烯烃烷基化法生产。此次设计以年产 15万吨乙苯为生产目标，用无水 作催化剂， 作助催化剂，通过催化络合物的配置、3AlCHCl烷基化反应、络合物的沉淀与分离、中和除酸、粗乙苯的精制与分离等工序得到精制乙苯。根据热力学定律，对乙苯精馏塔进行热量衡算，求得理论塔板数、实际塔板数以及最小回流比。并根据设计要求，对乙苯塔的塔径，塔高、裙座、封头在理论上进行了尺寸计算及选择并且分别对精馏段、提馏段进行了校核，满足设计要求，达到所需要的工艺条件
6、。本论文中对精馏工段的设备进行设计选型，最终采用塔径 ，塔高为20m的浮阀精馏塔。设计的重点是生产工艺设计论证、工艺设计计算及设备选型，附21.5m有带控制点的工艺流程图，主要设备结构尺寸。关键词：乙苯；烷基化；工艺设计；设备选型IIWith an Annual Output of 150 Thousand Tons of Ethyl-benzene Technology DesignAbstract：Ethyl-benzene is an important organic intermediary; people usually get it by alkylations of benze
7、ne. Anhydrous is used as catalyst with the help of hydrogen chloride in the design aiming at annual output of 150 thousand tons of ethyl-benzene. In this design, fine ethyl benzene could be obtained finally through catalytic complex configuration, alkylations reaction, precipitation and separation o
8、f complex, neutralize acid, as well as ethyl benzene refining and separation process. On the one hand, according to the laws of thermodynamics, heat balance of ethyl-benzene distillation obtains theoretical plate number, the number of actual plate, and the minimum reflux ratio. On the other hand, in
9、 order to meet the design requirements and the need of process conditions, the design of ethyl-benzene tower diameter, tower height, skirt, and head size were calculated in theory, chose and checked for rectifying and stripping section respectively. By calculating and equipment selection, the tower
10、which owns diameter of 2200mm, height of 21.15m of the float valve column was finished ultimately. The key of the design was mainly focused on the production process design, equipment selection, accompanied with the control points of process flow diagram and main equipment structure size.Key words:
11、ethyl-benzene; alkyl-action; process design; type selection calculation1引 言乙苯是一个重要的中间体，主要用来生产苯乙烯，其次用作溶剂、稀释剂以及用于生产二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同时它又是制药工业的主要原料。乙苯的工业生产在世界上有很多方法，但由于资源限制，经济价格昂贵（催化剂）或技术上的落后等原因，采用气液相烷基化法生产乙苯并且以无水三氧化铝为催化剂，此法是国内外最普遍采用的生产乙苯的方法。此次设计以年产 15 万吨乙苯为生产目标，用无水 作催化剂， 作助催化剂，3AlCHCl通过催化络合物的配置、烷基化反应、络合物
12、的沉淀与分离、中和除酸、粗乙苯的精制与分离等工序得到精制乙苯。基于对现实生活中乙苯用途以及用量的理解以及物料热量守恒定律，进行物料衡算与热量衡算。采用理论计算的方法来对乙苯精馏工段的工艺进行设计，求得理论塔板数为 13 块、实际塔板数为 28 块以及最小回流比为 0.935。对精馏工段的设备进行设计选型，最终采用塔径 2200mm，塔高为 21.15mm 的浮阀精馏塔。并根据设计要求，对乙苯塔的塔径，塔高、裙座、封头在理论上进行了尺寸计算及选择并且分别对精馏段、提馏段进行了校核，满足设计要求，达到所需要的工艺条件。2第一章 文献综述1.1 乙苯的性质乙苯（ethyl benzene）是无色液体
13、，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，在空气中最大允许浓度为100PPM1。乙苯侧链易被氧化，氧化产物随氧化剂的强弱及反应条件的不同而异。例如，用强氧化剂或者催化剂作用空气或氧气进行氧化，生产苯甲酸；若用缓和的氧化剂或在缓和的条件下进行氧化，则生成苯乙酮。乙苯的侧链在一定条件下，可从相邻的两个碳原子脱去 1mol 氢而形成 双键，生成苯乙烯 2。C=1.2 产品用途乙苯是一个芳香族的有机化合物，主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品聚苯乙烯。尽管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生产仍
14、然是在酸催化苯与乙烯反应。乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中。1.3 乙苯在国民经济中的重要性及市场需求乙苯是重要的化工原料，主要用于脱氢生产苯乙烯，少量的乙苯也用于溶剂、稀释剂以及生产二乙基苯等。当前，全世界乙苯产量已达约万吨，其中的乙苯用于生产苯乙烯。我国乙苯一直供不应求，2007-2008 年，中国乙苯消费量就已超过 460 万吨/ 年，其中年均进口量超过 280 万吨。目前，乙苯负压脱氢制苯乙烯是生产苯乙烯生产最常用的方法。苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、ABS 树脂、SAN 树脂、不饱和聚酯树脂、丁苯橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等，其中 PS 是苯乙烯
15、最重要的消费领域。随着我国国民经济快速增长，乙苯作为有机合成中间体的市场需求量将大幅提高。在用量大的新领域，国内市场需求将强劲增长。而整体上我国的乙苯生产能力及产量并不能满足市场的需求 3。3第二章 生产工艺流程设计乙苯的工业生产在世界上有很多方法，但由于资源限制，经济价格昂贵 （催化剂）或技术上的落后等原因。目前，我国大都采用两大类中几种方法 来生产乙苯。一类是从石油裂解所得的裂解汽油及铂重整所得的重整产物中 所含的 馏分中分离制得；另一8C类是采用苯和乙烯为原料的烷基化法生产。2.1 由 C8 芳烃分离乙苯 石油裂解制乙烯、丙烯时副产的裂解汽油，催化裂化制得的裂化汽油以 及铂重整制得的重整
16、油中所得的 馏分中都含有一定量的乙苯，将此馏分用超精馏塔进行精馏，可8制得纯度达 99.7%的乙苯，该法生产乙苯的操作费用相对低廉，但产量太少，而且设备操作费用高。2.2 苯的烷基化生产乙苯 芳烃的烷基化法是指在芳烃分子中，苯环上的一个氢或几个氢被烷基取 代而生成烷基苯的反应，烷基化的主要目的是用来制取乙苯、异丙苯和十二 烷基苯等重要的有机化工原料。苯烷基化法生产乙苯就是采用苯为原料，乙烯为烷基化剂的生产方法，该法在具体生产过程中由于采用的催化剂不同，又可分为以下几种方法： 2.2.1 气液相烷基化法 此法是国内外普遍采用的生产乙苯的方法。用无水 作催化剂， 作助催化剂，3AlCHCl反应温度
17、为 90100 ，在常压（或 45 ）下进行连续操作，反应器的型式多为0C2kg/cm鼓泡式气液相反应器，在进行烷基化反应的同时，还可进行多烷基的脱烷基反应。该反应原料来源广泛，反应条件温和，转化率高，产品纯度高，废料少，但是催化剂中含有，对设备腐蚀严重，催化剂量消耗大。HCl2.2.2 气固相烷基化法 该法采用固体磷酸作催化剂，在温度为 230280 ，压力为 4060 条件下0C2kg/cm进行连续操作。有催化剂廉价且方便、对设备要求不高、操作方便的优点。但是在进行烷基化反应的同时，不能使生成的多烷基苯脱 烷基。为防止高沸点物质生成而使催化剂活性降低，须使用过量苯。因此产率虽可高达 99%
18、，但未反应的苯却大量增加，动力消耗较多。 42.2.3 莫比尔巴杰尔法（MobilBadger ） 1975 年莫比尔公司和巴杰尔公司联合开发了采用 ZSM5 催化剂 4（改性沸石分子筛）使苯与乙烯气相烷基化制乙苯的新工艺，新鲜苯与循环苯经预热、蒸发后与烷基芳烃循环液和新鲜乙烯混合，进入莫比尔公司开发的固定床多相催化反应器（两台、其中一台运转、另一台再生） ，在 435450 ，1.422.84MPa 下进行乞相反应，反应气体经0C三塔分离后可得生产苯乙烯的单体乙苯。 此法的特点是：装置的排气和残液均可提供装置所需燃料的 25%，可回收输入热和反应热的 95%，用于产生低压及中压蒸汽；过程中不
19、产生污染环境的工艺废物，所用催化剂无腐蚀性等。通过以上对各法的论述和比较及根据我国的具体情况，我采用苯的烷基化法中的气液相法生产乙苯。此法虽在技术上不够先进，但安全可靠，工艺成熟，经济上也较合理。所以，该法目前还是我国生产乙苯的主要方法。2.3 工艺参数的确定1.一年工作日按 300 天计，一天以 24 小时计；2苯单耗 0.80 吨（纯）/吨乙苯（纯） ；3原料苯组成（质量%）：苯 99.00%；甲苯 0.95%； 0.05%；2HO4苯对乙苯的单程转化率 35%； 5. 添加量为 0.03 吨/吨乙苯；循环的 络合物量为 0.35 吨/ 吨乙苯；3AlC3AlC新 络合物与循环络合物组成相同；6烃化塔操作温度 95 ，操作压力 1.3atm0C7进料温度：精苯及原料气 25 ；循环苯 25 ；新 络合物 65 ；003Al0C循环络合物 65 ；回流苯 40 ；08冷凝器操作压力 1.3atm，尾气在 40 下冷凝； 09.尾气中除含 、 、 外，还含有 、苯、甲苯、乙苯、不含二乙苯以上24CH38HCl物质； 10烷基化反应器顶部蒸出的芳烃中苯 70%、甲苯占 20%、乙苯占 10%（质量%） ；
