济南大学化工设计题目： 年产2万吨苯烷基化制乙苯的工艺设计学生姓名： 指导教师： 学院： 化学化工学院班级： 化工1201提交日期： 2014.12.16小组具体分工:设备计算及一览表、管道计算及一览表、管道布置图、尾气处理。张军、姚甜慧：物料流程图、带控制点的物料流程图、车间布置图、生产操作制度。赵连雨、岳晓菲：工艺设计计算书、工程预算及环境监测保护。肖蕾、张广文、王子铖： 相关技术概况、可行性报告、文献检索、选址、市场分析。目录1.概述31.1乙苯的简介3乙苯的主要性质3乙苯的主要用途41.2 AlCl3液相法制乙苯41.3 生产技术现状与开发动向61.3.1 生产技术现状61.3. 2 技术开发动向71.3.3 国内技术开发现状91.3.4 结语92 可行性报告102.1市场供需状况102.2建厂条件142.2.1 地理环境142.2.2 自然资源142.2.3 气候152.2.4 交通条件152.2.5 配套设施152.3 结语163 乙苯的工艺设计173.1 工艺计算书173.1.1 计算条件及基准173.1.2. 物料衡算183.1.3 热量衡算243.2 设备计算303.2.1烷基化反应器烃化塔 取设计裕量为5% 303.2.2苯蒸出塔313.2.3 乙苯精馏塔393.2.4 管道计算403.2.5设备设计成果一览表403.2.6 管道设计成果一览表413.3 化工设计图423.3.1 物料流程图423.3.2 带控制点的物料流程图433.3.3管道布置图443.3.4车间布置图454 生产操作制度464.1 获取和识别法律、法规及其他要求程序464.2安全投入保障制度474.3 安全生产目标责任制考核制度484.4 安全培训教育制度494.5 安全生产检查制度50(一)任务与要求50(二)形式与内容504.6 防火防爆安全管理制度51(一)生产装置51(二)动火、用火安全管理制度524.7 安全设施管理制度544.8 关键装置和重点部位（岗位）管理制度564.9 生产设施安全拆除和报废管理制度574.10 应急救援管理制度594.11 环境应急监测方案615 环境检测保护615.1 环境空气现状评价及影响评价表明：615.2 地表水环境现状评价及影响分析表明：625.3 地下水环境现状评价及影响分析表明：635.4 噪声环境影响评价表明：635.5 固体废物环境影响分析表明：635.6 施工期环境影响分析表明：635.7 环境风险影响评价表明：635.8 生态环境影响分析表明：645.9 污染防治措施及其经济技术论证表明：645.10 清洁生产分析表明：645.11 污染物总量控制分析表明：645.12 环境经济损益分析表明：645.13 环境管理及监测计划表明：655.14 厂址选择及项目建设的合理性分析655.15 评价总结论656 尾气废物处理656.1 废气656.2 废水666.3 固体废物666.4 噪声677 化工设计预算677.1车间成本估算677.2设备预算687.3 地皮及水电估算687.4 收益估算697.5 投资与成本分析698 参考文献691.概述1.1乙苯的简介乙苯的主要性质乙苯是无色液体，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、粘膜有刺激性，在空气中最大允许浓度为100PPM。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。在强氧化剂（如高锰酸钾）或催化剂作用下，用空气或氧气氧化，生成苯甲酸；若用缓和氧化剂或温和的反应条件氧化，则生成苯乙酮。表1.1 乙苯的其它性质序号常数名称计量单位常数值备注1分子量106.162液体比重0.88203沸点136.2101325Pa4熔点-94.4101325Pa5液体热容量kJ/（kg K）1.754298.15K6蒸汽热容量Kcal/（kg K）0.285277蒸发热kJ /mol35.59正常沸点下8液体粘度104kgSee/M20.679209生成热Kcal/mol2.982010在水中溶解度11燃烧热Kcal/mol1101.1气体12闪点1513自然点553.014爆炸范围%(体积)2.37.4 乙苯的主要用途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。1. 乙苯的生产方法及特点。到目前为止,工业上乙苯主要由苯与乙烯的烷基化反应来生产的。由烷基化制乙苯的工艺至今经历了三个阶段,即由三氯化铝为催化剂的烷基化反应路线,以ZSM-5沸石为催化剂的气相烷基化法以及由Y-沸石为催化剂的液相法制乙苯工艺路线。近几年来,国内也开展了以沸石为催化剂生产乙苯的研究,并显示了良好的工业前景。同时,催化蒸馏技术制乙苯的研究也取得了进展。1.2 AlCl3液相法制乙苯2.1𝐀𝐥𝐂𝐥𝟑法AlCl3法采用的是典型的Friedel-Crafts工艺,用AlCl3配合物为催化剂。反应的副产物主要为二乙苯和多乙苯,有AlCl3液相法和均相AlCl3法之分。2.1.1𝐀𝐥𝐂𝐥𝟑液相法传统的AlCl3液相法是DOW化学公司于1935年开发的最早的乙苯生产工艺,在工业生产中占有重要地位。国外多家化学公司都在此基础上开发了自己的技术(Basf、Shell、Monsanto、UCC等)。其中,使用最广泛的是UCC/Badger工艺。传统的AlCl3液相法使用AlCl3-HCl催化剂,AlCl3溶解于苯、乙苯和多乙苯的混合物中,生成络和物。该络和物在烷基化反应器中与液态苯形成两相反应体系,同时通入乙烯气体,在温度130以下,常压至0.15MPa下发生烷基化反应,生成乙苯和多乙苯,同时,多乙苯和乙苯发生烷基转移反应。反应器中乙烯与苯摩尔比为0.300.35,乙烯转化率接近100%,烷基化反应收率为97.5%。催化剂、苯、多乙苯循环使用,每吨乙苯副产焦油1.82.7kg。此反应中苯的烷基化反应和多乙苯的烷基转移反应在一台反应器中完成。为限制多乙苯的生成,必须控制乙烯与苯的比例。工业生产装置控制乙烯与苯的分子比为0.30.4左右。反应产物的平衡成只与反应混合物中烷基和苯核有关。工艺流程见图1。1.1.2均相𝐀𝐥𝐂𝐥𝟑法由于传统的AlCl3法存在着污染腐蚀严重及反应器内两个液相等问题,1974年Monsanto/Lummus公司提出了均相AlCl3法。该工艺通过控制乙烯的投料,使AlCl3催化剂的用量减少到处于溶解度范围内,使反应可以在均一的液相中进行,提高了乙苯的产率。反应温度为160180,压力0.60.8MPa,乙烯与苯的摩尔比为0.8。均相AlCl3法进料乙烯浓度范围可为15%100%。当用稀乙烯为原料时,原料气中H2S、O2、CO2和H2O均需净化至质分数约为5106以下。1.2Mobil-Badger气相法1976年由Mobil和Badger公司合作开发了以高硅ZSM-5沸石为催化剂制乙苯的气相法。1980年在美国Hoechst公司实现了工业化,年产47.3万吨乙苯。实际生产中,反应器有两种工艺。一是回收的多乙苯进入同一反应器。另一种是进入另外一个烷基化反应器。苯在温度为400左右,压力为1.21.6MPa下,以气相进入顶部床层,进行气相烷基化反应,同时也进行烷基转移反应。苯与乙烯的重量综合比为18.5,乙烯转化率达99.8%。苯循环,回收后的多乙苯进入烷基转移反应器进行烷基转移反应。其操作条件为：压力0.60.7MPa,温度440445,苯与多乙苯分子比为(11.52):1,苯单程转化率为15%(Wt),乙苯收率为98%。该工艺可以用浓乙烯为原料,也可用稀乙烯混合气体为原料,但在处理FCC干气或焦炉尾气原料时，为了延长催化剂单程寿命,需对原料进行严格精制(原料气中丙烯、H2S、O2和H2O等杂质均需净化至质量分数均为105以下)。该工艺装置投资和能耗相对较高(苯单耗0.749t/t乙苯,乙烯0.168t/t乙苯)。第一套利用炼厂气为原料生产乙苯的工业化试验装置建成于1977年,并于1991年在英国Stanlow建成投产了16万吨/年乙苯的第一套大型工业装置。工艺流程见图2。1.3Unocal/Lummus/UOP液相法20世纪80年代以来,美国Unocal/Lummus/UOP公司联合开发了固体酸催化剂上苯与乙烯液相法制乙苯的新技术,以USY沸石为催化剂,Al2O3为粘合剂。在232316和2.796.99MPa下进行反应,苯的质量空速210/h,苯/乙烯摩尔比410。该法不产生污染环境的废料,反应温度低(一般不超过300),乙苯中二甲苯杂质含量仅为2040106,远远少于气相法。催化剂的运转周期可长达一年,对原料纯度要求不高。使用后的催化剂可以进行器外再生,再生条件缓和,使用寿命可达3年。1990年在日本Oita第一套工业装置投产,年产21.2万t乙苯。世界上正式投产和正在组建中的装置有二十多套。但该法只能用于浓乙烯的烷基化反应,而不适合FCC干气或焦炉尾气原料。3 乙苯是重要的基本有机原料之一，大约99. 89%用于苯乙烯生产，少量用作溶剂。据有关资料统计，2003年全球乙苯消费量为26. 27 Mt，近年来随着全球苯乙烯衍生物聚苯乙烯(EPS)、丙烯睛一丁二烯一苯乙烯(ABS)树脂等需求增长速度的加快，苯乙烯需求量不断增加(其中亚洲地区对苯乙烯的需求较大)，导致乙苯需求量持续增加。预计至2008年，全球乙苯需求量将达31. 35 Mt, 2008-2013年间需求增长率按2. 8%计，至2013年乙苯需求量将达到35. 98 Mto1.3 生产技术现状与开发动向1.3.1 生产技术现状 乙苯工业化生产主要采用苯和乙烯烷基化法工艺，少量来自炼厂的C8芳烃馏分分离工艺。根据反应状态不同，烷基化工艺可分为液相法和气相法。液相法典型工艺技术包括传统A1C1j法、改良A1C1;法、Y型分子筛法、MCM - 22分子筛法以及日分子筛法。气相法则包括Alkar法、ZSM一5分子筛法等。 传统的A1C13液相烷基化工艺因反应介质腐蚀性强、污染严重、AICI，用一量大、物耗及能耗很高等原因，逐渐被美国Monsanto公司开发的改良A1C13法(即高压均相烷基化工艺)所取代。改良A1C1:法催化剂用量仅为传统法的1/3，但该方