乙苯脱氢制苯乙烯脱氢工段工艺设计
摘要
本设计是以年产5万吨苯乙烯为生产目标，采用乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法，本文针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算，热量衡算，对整个工段进行工艺设计和设备选型。然后根据物料平衡分别对进出脱氢反应器和气提塔进行物料衡算。根据热力学定律对工艺中的第一预热器第二预热器，热交换器和反应器进行了能量衡算。对油水分离器，物料泵，热交换器理论上进行了尺寸计算及选择。为满足设计要求，达到所需要的工艺条件，本设计本着理论联系实际的精神，用现行的乙苯脱氢制取苯乙烯的方法为设计基础，主要对乙苯脱氢工段进行工艺设计和优化。
关键词：
乙苯脱氢苯乙烯物料衡算能量衡算工艺
ABSTRACT
The design is based on an annual output of 50,000 tons of styrene production target of dehydrogenationof ethylbenzene to styrene process,Processfor the whole process design and the main equipment selection.Based on the design requirements of the entire process of the material balance and energy balance.According to the material balance were circulating oil-water separator,material pumps,heateexchangers and dreacters.According to the laws of thermodynamics the energy balance of the process preheater preheaters,heat exchangers and dreactor operator.As far as possible to meet the design requirements to achieve the required conditions.
Key word：ethylbenzene; styrene; material balance; energy balance; distillation;
第一章 文献综述
1.1 苯乙烯的性质及用途 1.1.1苯乙烯的性质
苯乙烯的分子式为C 8H 8分子量为104.14，化学结构式如下： 或者
苯乙烯又名乙烯基苯，系无色至黄色的油状液体。具有高折射性和特殊芳香气味。熔点-30.6。C ，沸点为1450C ，凝固点 －30.40C ，相对密度（水的为1）0.91，闪点34.4o C 。性质比较稳定，不可与阳光接触，难溶于水，能溶于甲醇、乙酸及乙醚等醇醚等多数有机溶剂。
苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧，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1．1％～6．01％。 苯乙烯具有乙烯基烯烃的性质，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（PS ）树脂。也易与其他含双键的不饱和化合物共聚
[1,2]
。
1.1.2苯乙烯的用途
苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料，主要用于生产聚苯乙烯和共聚树脂、离子交换树脂不饱和聚酯以及苯乙烯系热塑性弹性体SBS 等和其他树脂的生产，此外还可用于纺织，制药和涂料，农药及选矿等工业。其应用广泛，本设计采用乙苯脱氢生产苯乙烯，具有较好的生产效益和经济效益。
苯乙烯最大用途是生产聚苯乙烯，另外苯乙烯与丁二烯、丙烯腈共聚，其共聚物可用以生产 ABS 工程塑料；与丙烯腈共聚可得AS 树脂；与丁二烯共聚可生成丁苯乳胶或合成丁苯橡胶。此外，苯乙烯还广泛被用于制药、涂料、纺织等工业[1,2]。
1.2苯乙烯生产方法 1.
2.1 常见的生产方法
目前，世界上工业生产苯乙烯的方法除传统乙苯脱氢的方法外，出现了乙苯和丙烯共氧化联产苯乙烯和环氧丙烷工艺、乙苯气相脱氢工艺等新的工业生产路线，同时积极探索以甲苯和裂解汽油等新的原料路线。迄今工业上乙苯直接脱氢法生产的苯乙烯占世界总生产能力的 90％，仍然是目前生产苯乙烯的主要方法。它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺，乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺
[3,4]
。
工业上,乙苯脱氢反应除采用低压或负压外,还采用惰性气体作稀释剂来降低烃的
—CH=CH 2 —CH=CH 2
分压,以提高平衡转化率。常用的稀积剂是水蒸气,它不仅提高了乙苯脱氢反应的平衡转化率,还可消除催化剂表面的碳。有时也用作载热体,供给乙苯脱氢所需的热量。脱氢反应器是乙苯脱氢工艺的核心,整个工艺是围绕它来展开的.
1.2.2 乙苯脱氢制苯乙烯的工艺原理
以乙苯为原料，按1:3～1:8水比加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，高温、负压条件下，催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品，副反应生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、氢气和二氧化碳。
主反应： C
6H
5
CH
2
CH
3
→ C
6
H
5
CHCH
2
＋ H
2
这是一个强吸热可逆增分子反应。副反应是热裂解、氢化裂解和蒸汽裂解反应：
C 6H
5
CH
2
CH
3
→ C
6
H
6
＋ C
2
H
4
C
6H
5
CH
2
CH
3
＋ H
2
→ C
6
H
5
CH
3
＋ CH
4
C
6
H
5
CH
2
CH
3
＋ H
2
→ C
6
H
6
＋ C
2
H
6
C ＋ 2H
2
O → 2H
2
＋ CO
2
C
2
H
4
＋ 2H
2
O → 2CO ＋ 4H
2
水蒸汽变换反应： CO ＋ H
2
O → H
2
＋ CO
2
在水蒸汽浓度很高时，生成苯、甲苯的反应式可能被下列反应所代替：
C 6H
5
CH
2
CH
3
＋ 2H
2
O → C
6
H
5
CH
3
＋ CO
2
＋ 3H
2
C 6H
5
CH
2
CH
3
＋ 2H
2
O → C
6
H
6
＋ CH
4
＋ CO
2
＋ 2H
2
在乙苯脱氢反应中，原料乙苯中的化学杂质也发生反应，生成物还会进一步发反应，为此，最终生成物中还含有另一些副产物，如二甲苯、异丙苯、焦油等[3,4]。
1.3 国内外生产和发展现状
目前，世界上生产苯乙烯的方法主要有环氧丙烷—苯乙烯联产法、热解汽油抽提蒸馏回收法，乙苯脱氢法以及丁二烯合成法等。乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，有乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺，乙苯催化脱氢是工业上生产苯乙烯的传统工艺。2000年，世界上共生产苯乙烯2930万吨/年，其中美国600万吨/年，中国55万吨/年。由于PS和ABS树脂等下游产品消费的强劲拉动，近年来世界苯乙烯的生产发展很快。世界苯乙烯的消费构成为：聚苯乙烯是苯乙烯最大的下游衍生物，气消费量约占总消费量的63.2%。苯乙烯需求的巨大缺口和持续强劲增长态势，是我国苯乙烯生产不断扩大的原动力。
我国苯乙烯的工业生产始于20世纪50年代中期，自兰州石油化工公司合成橡胶厂采用传统的三氯化铝液相烷基化工艺，建成一套5000吨／年苯乙烯生产装置以来，我国苯乙烯的生产得到了飞速发展。2003年我国苯乙烯的生产厂家有12家，总生产能力达到105万吨，其中有8套为引进生产装置，生产能力合计为72.9万吨／年，约占国内苯乙烯总生产能力的69.4％。扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司的14.5万吨／年装置是目前国内最大的苯乙烯生产装置，生产能力约占国内苯乙烯总生产能力的
13.8％；其次是吉林石化公司，生产能力为14.0万吨，约占国内总生产能力的13.3％。随着我国苯乙烯生产能力的不断增加，产量也不断增加。1995年我国苯乙烯的产量只有2558万吨，1998年增至56.30万吨，2000年增加到76.38万吨，1995-2000年产量的年均增长率达到24.5％。2002年我国苯乙烯的产量进一步增加到89.56万吨，比2001年增长13.8％，1997-2005年产量的年均增长率为18.5％。2003年我国苯乙烯产量达到94.82万吨，比2002年增长5.87％，其中中国石化集团公司的产量为45.20万吨，约占总产量的47.67％；中国石油天然气集团公司的产量为37.89万吨，约占总产量的39.96％。中国石油吉林石化公司的产量最大，达至15.98万吨，约占我国苯乙烯总产量的16.85％，位居全国第一；其次是扬予巴斯夫苯乙烯系列有限公司，产量达至2.34万吨，约占国内总产量的13.01％；再次是中石化茂名石化公司，产量达10. 7万吨，约占国内总产量的10.97％[5-7]。
第二章工艺流程设计
2.1乙苯脱氢制苯乙烯工艺
乙苯脱氢工艺主要分为烃化工段，乙苯精馏工段，乙苯脱氢工段和苯乙烯精馏工段，以下分别进行简述。
2.1.1烃化工段
来自中间仓库的干苯和来自乙烯车间的乙烯和苯以0.4-0.5:1的配比，从塔底送入反应器。同时，将配好的催化剂溶液经复合体加料泵加入反应器，在此反应器内进行烷基化反应。反应产物自烃化反应器上部各自流至冷却器，冷却650C后进行烃化液沉降
络合物自槽底部返回烃化反应器底部，上层烃化液自流至槽沉降分离，分离出的Alc1
3
水解塔。没反应的乙烯气体和苯蒸汽等从烃化反应器顶部出来经冷却器用循环水使大部分蒸汽冷凝后进入尾气吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和HCl气后，未凝气放空，二乙苯吸收液反烃化，烃化液自上部直接流至中间仓库烃化液罐中。
2.1.2 乙苯精馏工段
1．干燥苯塔[8,9]
来自中间仓库原料苯罐经原料泵送来的含水900ppm的原料苯，进入回流罐油相区；来自循环苯塔的含水量2500ppm的循环苯，与苯干燥塔顶蒸出的经过冷凝的苯冷却后进入回流罐分相区．塔顶气相温度810C经预热器与进料换热器后，进入冷凝器用循环水冷凝，冷凝后循环苯塔回流泵送来的循环苯一起进入冷却器用循环水冷却器用循环水冷却后进入回流罐分层区，上层脱水苯溢流至油相区，下层水相从集水包间断排入管线塔釜为干燥苯，采出送至中间仓库干燥苯罐。
2．循环苯塔
来自中间仓库的烃化液进入循环苯塔加料区．塔顶气相馏分冷凝回流后冷却进入苯干燥塔回流罐分层区。塔釜液(主要是乙苯和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。
3．精乙苯塔
由循环苯塔釜液泵送出的釜液，进入精乙苯塔加料层，塔顶气相馏分乙苯经冷凝回流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。
4．二乙苯塔
来自精乙苯塔釜液的料液根据不同组成进入二乙苯塔不同进料板．塔顶得二乙苯，塔釜得到多乙苯。
2.1.3 乙苯脱氢
来自中间仓库乙苯泵送来的乙苯与管网来的蒸汽进入乙苯蒸发器，乙苯与蒸汽量比为1：1.4，经过过热器壳程与脱氢反应器出来的6500C烟气过热至5800C后，配料气进入脱氢反应器进行脱氢反应．反应产物经空冷，水冷，盐冷后进入沉降槽，分离后加入阻聚剂阻止聚合，然后进入粗苯乙烯塔。
2.1.4 苯乙烯精馏工段
1．粗苯乙烯塔
炉油自中间仓库送来，进入粗苯乙烯塔由再沸器加热精馏，塔顶产物苯，甲苯，乙苯轻组分进入循环乙苯塔的底部产物苯乙烯和苯乙烯焦油。
2．精苯乙烯塔
精苯乙烯塔加料为粗苯乙烯塔经过冷却后的釜液，由再沸器加热进行精馏。塔顶产品苯乙烯，纯度99.6(重量)，塔釜苯乙烯焦油(废渣之一)。
3．循环乙苯塔
粗笨乙烯塔塔顶馏分由回流泵送出，经循环乙苯塔进料预热器，用循环乙苯塔釜液进行预热后，进入循环乙苯塔，由再沸器用1．6MPa蒸汽加热精馏，塔顶苯，甲苯
馏分，送至中间仓库苯，甲苯罐。塔釜即循环乙苯，进入循环乙苯塔冷却器，送到中间仓库循环乙苯罐[9]。
2.2工艺影响因素分析
本设计用现行的乙苯脱氢制取苯乙烯的方法为设计基础，主要对乙苯脱氢工段进行工艺设计和优化。影响脱氢反应的因素主要有：反应温度、反应压力和水蒸汽/乙苯比（简称水比）。此外，该反应还受到反应物通过催化剂床层的液体体积时空速度（LHSV）、催化剂性能、原料乙苯中含杂质情况等影响。
2.2.1水蒸汽/乙苯比（水比）
在恒定的反应温度和压力下，较高的水比可使乙苯转化率提高。因为，蒸汽降低了反应组分的分压，达到类似于降低反应压力的效果。水蒸汽可与催化剂上生成的碳发生反应，起到减少催化剂表面结焦的作用；水蒸汽还可防止催化剂的活性组份还原为金属，有利于延长催化剂寿命。在相同的乙苯液体空速和反应压力下，随着水比的降低，为维持一定的苯乙烯单程收率，就需要升高反应温度，炉油中副产苯和甲苯明显增加乙烯选择性下降。
尽管加入水蒸汽有许多好处，但水蒸汽加入量受到反应系统允许压力降和能耗二个因素的制约。由于高温过热水蒸汽的比容很大，过多加入水蒸汽必增大反应物流的体积流量，从而增加系统压力降，不利于降低反应区域压力。此外，增加水蒸汽加入量，必将增加成本，一旦水蒸汽加入量增加到在经济上得不偿失的程度，那么提高水比将是没有意义的。目前，先进的乙苯脱氢工艺均追求以较低的水比获得较高的苯乙烯收率。降低水蒸汽单耗已成为衡量一个乙苯脱氢工艺路线是否先进的重要判别指标。
乙苯转化率随水蒸气用量加大而提高。当水蒸气用量增加到一定程度时，如乙苯与水蒸气之比等于16时，再增加水蒸气用量，乙苯转化率提高不显著。在工业生产中，乙苯与水蒸气之比一般为l:1.2～1.6（质量比）[10-12]。
2.2.2反应温度
乙苯脱氢生成苯乙烯的反应为强吸热反应，升温对脱氢反应有利，故乙苯转化率随着反应温度的升高而增加。当温度升高后，不但生成苯乙烯的正反应增加，而且消
耗苯乙烯的逆反应以更高的速度增加。另外，当反应温度提高后，虽然乙苯转化率提高，但副反应（指吸热的副反应）也将加剧，故生成苯乙烯的选择性将降低，因而反应温度不宜过高。从降低能耗和延长催化剂寿命出发，希望在保证苯乙烯单程收率的前提下，尽量采用较低的反应温度。但是，由于烃类物质在高温下不稳定，容易发生许多副反应，甚至分解成碳和氢，所以脱氢适宜在较低温度下进行。然而，低温时不仅反应速度很慢，而且平衡产率也很低。所以脱氢反应温度的确定不仅要考虑获取最大的产率，还要考虑提高反应速度与减少副反应。在高温下，要使乙苯脱氢反应占优势，除应选择具有良好选择性的催化剂，同时还必须注意反应温度下催化剂的活性。
2.2.3反应压力
对于给定的反应温度和水比，乙苯的转化率随着反应压力的降低而显著增加。在相同的乙苯液体空速和水比下，随着反应压力降低，可相应降低反应温度，而苯乙烯的单程收率维持不变，苯乙烯选择性提高。这一特性是由乙苯脱氢生成苯乙烯系增分子反应所决定的。
此外，苯乙烯是容易聚合的物质。反应压力高，将有利于苯乙烯自聚，生成对装置正常运转十分不利的聚合物，它会造成管道、设备的堵塞。降低系统压力，则在一定程度上可抑制苯乙烯聚合。
乙苯脱氢反应是体积增大的反应，降低压力对反应有利，其平衡转化率随反应压力的降低而升高。反应温度、压力对乙苯脱氢平衡转化率的影响如表2—1所示。
表2-1温度和压力对乙苯脱氢平衡转化率的影响
Table2-1Temperature and pressure of ethylbenzene dehydrogenation equilibrium conversion
0.1MPa 温度，℃0.01MPa
温度，℃
转化率，％
0.1MPa
温度，℃
0.01MPa
温度，℃
转化率，％
565 585 620 450
475
500
30
40
50
645
675
530
560
60
70
由表可看出，达到同样的转化率，如果压力降低，温度也可以采用较低的温度操作，或者说，在同样温度下，采用较低的压力，则转化率有较大的提高。所以生产中就采用降低压力操作。为了保证乙苯脱氢反应在高温减压下安全操作，在工业生产中常采用加入水蒸气稀释剂的方法降低反应产物的分压，从而达到减压操作的目的。2.2.4催化剂
我国乙苯脱氢催化剂的开发始于60年代，已开发成功的催化剂有兰州化学工业公司315型催化剂；1976年，厦门大学与上海高桥石油化工公司化工厂合作开发了XH-11催化剂，随后又开发了不含铬的XH-210和XH-02催化剂。80年代中期以后，催化剂开发工作变得较为活跃，出现了一系列性能优良的催化剂，例如：上海石油化工研究院
的GS-01和GS-05、厦门大学的XH-03，XH-04、兰州化学工业公司的335型和345型及中国科学院大连化物所的DC型催化剂等。
脱氢反应是乙苯在催化剂床层中，于600 ℃左右高温下发生的催化脱氢反应。所用催化剂的性能除了脱氢活性之外，特别重要的是对于生成苯乙烯的选择性要高，并且在高温和水蒸汽存在条件下的稳定性要好，使用寿命要长，这些都是至关重要的。
脱氢催化剂的毒物是氯离子，必须控制进料中的氯离子含量，以防催化剂中毒失效，更重要的是在催化剂床层中不能有游离水。催化剂床层进水，则催化剂结块和有效成份流失，导致床层阻力上升，最终影响转化率、选择性指标。
2.2.5原料乙苯中杂质的影响
原料乙苯的质量，应符合SH/t 1140中的一级品的指标，此时，即能满足催化剂对原料乙苯中氯离子含量的要求。为了减少副反应发生，保证生产正常进行，要求原料乙苯中二乙苯的含量＜0.04%。因为二乙苯脱氢后生成的二乙烯基苯容易在分离与精制过程中生成聚合物，堵塞设备和管道，影响生产。另外，要求原料中乙炔＜
S计）＜2ppm(体)、氯（以HCl计）≤2ppm(质)、水≤10ppm 10ppm（体）、硫（以H
2
（体），以免对催化剂的活性和寿命产生不利的影响。
在乙苯中所含的异丙苯对脱氢反应也产生一定的影响。异丙苯在乙苯脱氢工艺条件下同样发生脱氢反应，生成α-甲基苯乙烯。它的反应必定占据一些催化活性中心。乙苯异构化脱氢也生成α-甲基苯乙烯，故副产物α-甲基苯乙烯的生成量既与原料乙苯中异丙苯含量有关，也与乙苯异构化脱氢反应有关。
2.2.6乙苯液体空速（LHSV）
在不考虑返混的前提下，可把乙苯液体空速理解为催化剂床层中反应物在1 小时内被置换的次数。空速的倒数具有“时间”因次，称为“空时”。可粗略地用它来衡量反应物料在催化剂床层中停留时间的长短（相对值）。因此，空速反映了停留时间对反应的影响。
对于乙苯脱氢反应，在相同的反应压力和水比条件下，随着乙苯投料量的增大，即乙苯液体空速增大，欲维持苯乙烯单程收率不变，就得相应提高反应温度。液体空速是催化剂性能的重要标志之一。液体空速大，意味着反应器单位体积的生产能力大。因此，在相同的反应条件（温度、压力、水比）下，在工艺允许范围内，追求用较大的液体空速进行生产[13-15]。
2.3工艺流程简图
图2-1工艺流程简图
工艺流程简图如图2-1所示，由苯及乙烯发生烷基化反应得到粗乙苯，进入乙苯分离塔将重组分二乙苯，三乙苯及焦油从塔釜回收循环，塔顶得到苯与乙苯的混合物，进入乙苯精馏塔，塔顶得到的苯进行回收，在烷基化反应塔中再次进行反应。
在精馏塔中制得的乙苯，进入乙苯脱氢反应器，得到苯乙烯粗产品及其他杂质。进入乙苯/苯乙烯分离塔，将粗苯乙烯从塔顶进入苯乙烯蒸馏塔，通过苯乙烯蒸馏塔，得到符合产品要求的精制苯乙烯，塔底有焦油等杂质排出。乙苯/苯乙烯分离塔塔顶得到的是粗乙苯，进入甲苯/乙苯分离塔，可以从其塔底得到较高纯度的乙苯，通过循环回收乙苯，让乙苯重新进入脱氢反应器。甲苯/乙苯塔塔顶得到甲苯，进入苯/甲苯进行分离，塔顶得到苯，塔底得到甲苯[16-18]。
第三章工艺计算
3.1物料衡算
3.1.1 物料衡算原始数据
外购乙苯质量应符合SH/t 1140标准中相关项目指标[19-22]：
表3-1外购乙苯原料质量指标
Table 3-1 purchased ethylbenzene quality indicators of raw materials
分析项目
质量指标
分析方法优级品一级品
外观无色透明均匀液体，无机械杂质
和游离水
目测
纯度% 99.70 99.50 SH/t 1148
二甲苯% 0.10 0.15 SH/t 1148
异丙苯% 0.03 0.05 SH/t 1148
二乙苯% 0.001 0.001 SH/t 1148
硫% 0.0003 不测定不测定
表3-2互供乙苯原料质量指标
Table 3-2 interaction for ethylbenzene quality indicators of raw materials
序
号
项目质量指标分析方法
1 外观无色透明均匀液体，
无机械杂质和游离水
目测注
2 纯度，% ≥99.5 SH/t 1148
3 二甲苯，% ≤0.20 SH/t 1148
4 异丙苯，% ≤0.0
5 SH/t 1148
5 二乙苯（含正丁苯），% ≤0.001 SH/t 1148
根据设计任务，苯乙烯的年生产能力为5万吨/年。开工因子=生产装置开工时间/年自然时间。为了充分利用设备，开工因子应取的较大，接近1，但又不能等于1。因为还要考虑到设备的检修以及开停车等情况。开工因子一般取为0.7～0.8。全年365天，则年生产250～300天；因此除去季保养、月保养、修理、放假等总计65天，则年工作日为（365-65）天=300天共计7200小时。
按年工作日300天计算,单程转化率42%选择性92%乙苯原料纯度99%
全车间进料中：
苯：0.995（wt）乙烯：0.997（wt）
每小时精苯乙烯（100%）的量:
其中年产量：5万吨=50000000 kg 生产时间：7200h
则苯乙烯产量50000000/7200=6944.445kg/h
纯苯乙烯量6944.445×99.5%=6909.722 kg/h
每小时产量中纯苯乙烯量/(1-3%)，苯乙烯生成量6909.722/(1-3%)=7123.425 kg/h 所需新鲜苯乙烯的量7123.425×106/(90%×99%×104)=8148.613 kg/h
所需乙苯总量7123.425×106/(42%×92%×99%×104)=18979.688 kg/h
循环乙苯量18979.688-8148.613=10831.075 kg/h
水蒸气所需量18979.688×1.5=28469.532 kg/h
新鲜乙苯中含二甲苯的量8148.613×1%=814.861 kg/h
循环乙苯中含二甲苯量及苯乙烯量10831.075×0.5%=54.155 kg/h
表3-3新鲜乙苯组成
Table 3-3 fresh ethylbenzene
组成乙苯二甲苯∑
Wt% 99 1 100
Kg/hr 8067.12781.486 8148.613
已知各反应转换率：
C 6H
5
CH
2
CH
3
→C
6
H
5
C
2
H
3
+ H
2
92%
C 6H
5
CH
2
CH
3
→ C
6
H
6
＋ C
2
H
4
2.5%
C 6H
5
CH
2
CH
3
＋ H
2
→ C
6
H
5
CH
3
＋ CH
4
4.7%
C 6H
5
CH
2
CH
3
→ C1
6
H
18
＋ H
2
0.5%
C ＋ 2H
2O → 2H
2
＋ CO
2
0.3%
反应后各种产物的生成量计算结果如下：
表3-4各种产物的生成量
Table 3-4 the formation of various products
组分分子
量
进料量出料量
Kg/hr Kmol/hr Kg/hr Kmol/hr Yi%
乙苯106 18979.688177.263 10898.136 102.813 5.602
二甲苯106 135.652 1.280 135.652 1.280 0.069
苯乙烯104 54.1550.521 7123.425 68.450 3.732
氢气 2 0 0 140.116 70.058 3.817
乙烯28 0 0 52.115 1.861 0.101
甲烷16 0 0 55.985 3.499 0.191
甲苯92 0 0 321.924 3.499 0.191
二氧化
碳
44 0 0 78.619 1.787 0.097
水18 28469.53 1581.641 28423.868 1579.854 86.078
苯78 0 0 145.179 1.862 0.101
二聚体210 0 0 78.173 0.3723 0.020
∑—47449.237 1760.704 47466.692 1835.378 99.999 3.1.2物料衡算
(1)油水分离器水油组成
表3-5各物质在水中溶解度
Table 3-5 substances in the water solubility
名称苯甲苯乙苯苯乙烯聚苯乙烯二甲苯溶解度
g/100gH2O
0.18 0.05 0.0217 0.04 0.1 0 计算油水分离器加入量，并计算出油层水层总量及其组成：
L i =L
i水冷
+L
i盐冷
被溶解量=溶剂量×溶解度
未溶解量= L
i
-被溶解量
如：乙苯L
i水冷
=10886.147kg/hr
L
i盐冷
=10.182 kg/hr
Li=10886.147+10.182=10896.329kg/h
被溶解量=28430.926×0.0217/100=6.170 kg/hr 未溶解量=10896.329-6.170 =10890.159 kg/hr 计算结果列表如下：
表3-6油层水层总量及其组成
Table 3-6 reservoir of total water layer and its components
组分L i水冷
kg/hr L i盐冷
kg/hr
L i kg/hr 被溶量
kg/hr
未容量
kg/hr
X i水wt% X i油wt%
乙苯10886.147 10.182 0896.329 6.170 10890.159 0.0216 58.5893 苯乙烯7118.072 4.617 7122.689 11.373 7111.317 0.0398 38.2591 水28356.894 74.032 28430.926 14215.463 0 99.6089 0
二甲苯133.825 1.202 135.027 0 135.027 0 0.7264 甲苯320.988 0.790 321.678 14.216 307.463 0.0498 1.6541 苯143.598 1.144 144.742 51.176 93.566 0.1793 0.5034 二聚体78.173 0 78.173 28.431 49.742 0.0996 0.2676 ∑47037.697 91.866 47129.563 28542.2890 18587.273 99.9999 99.9999
(2)对反应系统进行物料衡算
表3-7反应系统进行物料衡算结果
Table 3-7 Response System for the material balance results
组分进入反应系统
kg/hr 盐水冷凝器放空
量kg/hr
被溶量kg/hr 未溶量kg/hr
乙苯18789.890 1.796 6.170 10890
二甲苯135.652 0.600 0 135.027
苯乙烯54.166 0.739 11.373 7111.317
氢气0 140.116 / /
乙烯0 51.15 / /
甲烷0 55.987 / /
甲苯0 0.230 14.216 307.463 二氧化碳0 78.619 / / 水28469.53 6.438 28430.923 0
苯0 0.456 51.166 93.561
二聚体0 0 28.431 49.742
∑47449.237 337.096 28542.290 18587.273
计算总进出物料量
∑
进料
=18789.890+135.652+54.166+28469.530=47449.237 kg/hr
∑
出料
=337.096+28542.290+18587.273=47466.659kg/hr[19,20]
3.2能量衡算
3.2.1蒸发器
原料：为计算方便，把原料全部看成乙苯
已知:乙苯常压下沸点为136.2o C，蒸发器出口温度140 o C
把乙苯从20 o C 加热到140 o C 所需热量计算如下: （1）求所需热量Q
把乙苯从20 o C 加热到136.2 o C （液到液）所需热量Q 1：先求平均温度吨m 再查t m 下的乙苯的Cp m ，最后计算Q 1=GCP m (t2-t1)由石油化工计算图表查得t m =（136.2+20）/2=78.1
o
C
CP m =36kcal/kg o C
即Q1= GCP m (t2-t1)= 47449.237×36×（136.2-20）=198489646.127 kcal 把乙苯从136.2 o C （液）转化为136.2 o C （气）所需热量Q 2 先查136.2 o C 乙苯气化潜热，△H=82 kcal/kg o C 再计算Q 2=G △H=47449.237×82=3890837.434 kcal 把乙苯从136.2 o C （气）加热到140 o C （气）所需热量Q 3
先求平均温度再查t m 下的乙苯的Cp m ，t m =（136.2+140）/2=138.1 o C Cp m =40.7 kcal/kg o C
最后计算Q 3=GCP m (t2-t1)= 47449.237×40.7(140-136.2)=733848.917kcal 把乙苯从20 o C （液）加热到140 o C （气）所需的热量Q 总：
Q 总=Q 1+Q 2+Q 3=198489646.127+3890837.434+733848.917=209718982.4kcal （2）加热所需蒸气量： 配比水蒸气所放出的热量Q 蒸:
已知配比水蒸气的蒸气压力6kg/cm 2(表)先求出平均温度吨m ,再查吨m 下的水蒸气的
cp m ,t m =（164.2+140）/2=152.1 o CCP m =8.12 kcal/kg o C 最后计算Q 蒸
=GCP m (t 2-t 1)=
28469.53×8.12×(164.2-140)=594376.523kcal 加热所需水蒸汽量G 蒸气：
把乙苯从20 o C （液）加热到140 o C （气）实际所需的热量Q 实际： 即Q 实际=Q 总-Q 蒸=209718982.4-594376.523=209124605.9kcal 查蒸气压力为7kg/cm 2下的水蒸气气化潜热，△H=493.774kcal/kg 即G 蒸气=Q 实际/△H=209124605.9/493.774=423552.084kg
3.2.2第一预热器
（1）把原料乙苯从140 o C （气）加热到300 o C （气）所需热量Q 1 先求出平均温度t m ,再查t m 下的乙苯(气)的Cp m ,t m =（300+140）/2=220 o C Cp m =46.11 kcal/kg o C
最后计算Q 1=GCP m t2-t1)= 47449.237×46.11(300-140)=350061487.203kcal （2）把水蒸气从140 o C （气）加热到300 o C （气）所需热量Q 2
先求出平均温度t m =220 o C,再查t m 下的水蒸气(气)的Cp m =8.3 kcal/kg o C （3）最后计算Q 2=GCp m t 2-t 1)= 413396.829×8.3(300-140)=548990988.5kcal 第一预热器把乙苯和水蒸气混合物从140 o C （气）加热到300 o C （气）所需热量Q
总
=Q
1+Q
2
=350061487.203+548990988.5=899052475.703kcal
3.2.3热交换器
利用反应器出来的高温气体把物料从300 o C（气）加热到430 o C（气），计算如下：
（1）把原料乙苯从300 o C（气）加热到430 o C（气）所需热量Q
1
先求出平均温度t
m =365 o C,再查t
m
下的乙苯(气)的Cp
m
=57.7 kcal/kg o C
最后计算Q
1=GCp
m
t
2
-t
1
)=47449.237×57.7(430-300)=355916723 kcal
（2）把水蒸气从300 o C（气）加热到430 o C（气）所需热量Q
2
先求出平均温度t
m =365 o C,再查t
m
下的水蒸气(气)的Cp
m
=8.3 kcal/kg o C
最后计算Q
2=GCp
m
(t
2
-t
1
)=413396.829×8.3(430-300)=446592594.384kcal
热交换器把乙苯和水蒸气混合物从300 o C（气）加热到430 o C（气）所需热量Q
总
Q
总=Q
1
+Q
2
=355916723+446592594.384=802509317.36kcal
3.2.4第二预热器
（1）把原料乙苯从430 o C（气）加热到550 o C（气）所需热量Q
1
先求出平均温度t
m =490 o C,再查t
m
下的乙苯(气)的Cp
m
=65.5 kcal/kg o C
最后计算Q
1=GCp
m
(t
2
-t
1
)=47449.237×65.5(550-430)=372950998.89kcal
（2）把水蒸气从430o C（气）加热到550 o C（气）所需热量Q
2
先求出平均温度t
m =490 o C,再查t
m
下的水蒸气(气)的Cp
m
=8.51 kcal/kg o C
最后计算Q
2=GCp
m
(t
2
-t
1
)= 413396.829×8.51(550-430)=422160841.775kcal
第二预热器把乙苯和水蒸气混合物从430 o C（气）加热到550 o C（气）所需热量Q
总
Q
总=Q
1
+Q
2
=372950998.89+422160841.775=795111840.665kcal
3.2.5反应器
（1）原料从550 o C（气）加热到580 o C（气）所需热量Q
加
把原料乙苯从550o C（气）加热到580 o C（气）所需热量Q
1
先求出平均温度t
m =565 o C,再查t
m
下的乙苯(气)的Cp
m
=67.7 kcal/kg o C
最后计算Q
1=GCp
m
(t
2
-t
1
)= 47449.237×67.7(580-550)=96369399.332 kcal
（2）把水蒸气从550o C（气）加热到580 o C（气）所需热量Q
2
先求出平均温度t
m =565 o C,再查t
m
下的水蒸气(气)的Cp
m
=8.65 kcal/kg o C
（3）最后计算Q
2=GCp
m
(t
2
-t
1
)=413396.829×86.5(580-550)=107276477.126kcal
第二预热器把乙苯和水蒸气混合物从550 o C（气）加热到580 o C（气）所需热量Q
加
Q
加=Q
1
+Q
2
=96369399.332+107276477.126=203645876.457kcal
(2)计算各反应器所需热量Q
反
25 o C下反应热△H0
298=(∑ni△H0
i
)
产
-(∑ni△H0
j
)
反
,Cp=a+bt+ct2
a’=(∑niai)
产-(∑n
j
a
j
)
反
b’=(∑nibi)
产
-(∑n
j
b
j
)
反
c’=(∑nici)
产
-(∑n
j
c
j
)
反
△H 0吨2=△H 0吨1+∫吨1吨2∑niCpdt=△H 0吨1+∫吨1吨2∑(a ’+b ’+c ’)dt = △H 0298+a ’(t 2-t 1)+1/2 b ’ (t 22-t 12)+1/3 c ’ (t 23-t 13)
各物质25 o C 标准生成焓△H 0298一律查《基本有机化学工程》下册，比热Cp 查《基本有机化学工程》上册，查得结果列表如下：
表3-8各物质25 o
C 标准生成焓
Table 3-8 substance at 25 oC, the standard enthalpy of formation
组分
△ H 0298
kcal/kg o C
Cp=a+bt+ct 2 kcal/kg o C a
b ×10-3
c ×10-6
乙苯 7150 -8.77144 160.295 -100.798 苯乙烯 35300 -6.7462 147.119 -96.0684 氢 0 6.424 1.039 -0.07804 乙烯 12500 2.830 28.601 -8.726 苯 19810 -0.409 77.621 -26.429 甲苯 11990 0.576 93.493 -31.227 甲烷 -17890 3.381 18.044 -4.300 碳
4.1
1.02
主反应所需热量△H 0吨主
主反应：C 6H 5CH 2CH 3 →C 6H 5C 2H 3+ H 2 92% △H 0298 7150 35300 0 △H 0298 =(∑ni △H 0i )产-(∑ni △H 0j )反
=35300×68.474-7150×68.474 =192810601kcal
a ’=(6.424-6.746+8.77144) ×68.474=578.722
b ’=(1.039+147.119-160.295) ×10-3×68.474=-0.8315
c ’=(-0.07804-96.0684+100.798) ×10-6×68.474=3.186×10-4 H 0
吨主
=192810601+578.722×(580-25)+1/2×(-0.8315)×(5802-252)+1/3×3.186×
10-4(5803-253)=2130415.817kcal Q i =G i △H 0吨i
Q 1=7260.414×2130415.817=1.547×1010kcal 副反应所需热量△H 0吨副的计算如主反应所示 C 6H 5CH 2CH 3→ C 6H 6 ＋ C 2H 4 2.5% Q 2
C 6H 5CH 2CH 3 ＋ H 2 → C 6H 5CH 3 ＋ CH 4 4.7% Q 3 C ＋ 2H 2O → 2H 2 ＋ CO 2 0.3% Q 4 反应所需热量：
Q 2=197.294×48795.722=9.628×106
kcal
Q
3
=-370.913×48745.772=-1.774×107kcal
Q
4
=23.68×3506.7954=8.3×104kcal
则 Q
总= Q
1
+Q
2
+ Q
3
+ Q
4
=1.546× 1010kcal
第四章 设备的计算与选型
4.1热交换器
根据能量守恒原理，假设热损失可忽略不计，则单位时间内热流体放出的热量等冷流体吸收的能量[21]。 热负荷Q 为：
）
（21P h t t C -=W Q 式中 流体的平均比热容，-p C KJ/(Kg ·℃)； t －冷流体的温度，℃。 其中Q=37614633.69kJ
管壳式换热器的对数平均温度按逆流计算，即
42.12110480
ln 1020100580t t ln
t t t 1
212m =---=???-?=
?）（）（ι℃ 查得65.0=??，所以
06.10842.12189.0t t m m =?=??=?ι?℃ 故换热面积为2m 54.77306
.10845069
.37614633t =?=?=
K Q S 查<<化工原理>>上册得，选用TB ∕4715-92,列管尺寸为直径19mm ；管心距为25mm ；管程数为1；管子总根数1267个；中心排管数为39个；管程流通面积为0.2239m 2列管长度6000mm ，换热面积446.2 m 2，所以需要2个这样的换热器。
4.2脱氢反应器
乙苯脱氢制苯乙烯反应器有两种，一种是外加热列管式等温反应器，另一种是绝热式反应器。目前两种反应器在国内外大型生产中均有使用。本设计是以外加热列管式等温反应器为主。
4.2.1反应器结构的计算
（1）催化剂的填充量
根据空速算得催化剂的填充量为： V R =V ON / S V V R — 催化剂的填充量，m 3 S V — 体积空速，h 1 V oN — 原料气体体积标流量
V ON = 21888.696×[273/（ 273+ 600）]×（100 /101.325）=6755.409 m 3 / h V R = 6755.409 /1000=6.755m 3 （2）反应管长度的计算
取空床速度为 1.4m/s ，则床层截面积为： A R =Vo/ u o = 21888.696 /(1.4×3600) =4.34m 2 则催化剂床层高度为：
H R =V
R
/ A
R
A
R
=6.755/ 4.34= 1.556m
根据化工原理取床层空隙率为 0.4，则反应管长为:
H= 1.556+ 1.556×0.4= 2.179m
（3）管束尺寸和反应管的排列
选取工业上所用的Φ35×2.5 的列管，则单管催化剂体积为：
V
1
=0.25×π×Ld 2= 0.785× 0.032× 1.556 =1.099 ×10-3 m 3
则管数为：n =V
R
/Vo = 6.755/1.099 ×10-3 m 3= 6146根
则反应器管数为6146 根，反应器采用正三角形排列采用正三角形排列，反应器列管的布置与普通换热器有很大不同。首先，管束中央水循环受阻，传热恶化，温度分布不均，故此区域不布管；其次反应管的排管把整个管板按30℃划分为12个区间，整个管板由一个30°区间阵列而成。取中央不布管区域直径为 200mm。按正三角形排列，取管心距为 t= 1.25do= 0.04375m ，采用三角形排列，则单管所占的面积为s= t2√
3/ 2= 0.04375 2√3/ 2= 1.66×10- 3 m。则反应器的直径为D
i
=√[ (6146×1.66 ×10-3+ 0.00785)/0.785] =2606mm
（4 ）反应床层压降
△P
b / H=ρu 2 f
m
/d
p
( 1-ε
b
/ε
b
)
f
m = a+ b( 1-ε
b
/ε
b
)
R
m = d
p
ρ
u
u
o
/μ
式中
p——压力，Pa; fm——修正的摩擦系数；
ρ——流体密度，kg/m3；
u
——空塔线速，m/s； dp——催化剂颗粒直径，m；
εb——床层空隙率；
H——床层高度，m；
μ——流体的绝对黏度， pa s ；
a、b——系数，采用 Ergun 提出的数值，a＝1.75，b＝150。而取
u o = 1.4m / s, ε
b
= 0.5, ρ=4.58151kg / m3 , μ=6.4×10-5 pa s, d
p
=1.5mm
Re
m
= 0.0015×4.58151×1.4/6.4×10-5= 1.503×102
f
m
= 1.75+ 150(1- 0.5/0.5)=151.75
△p
b
= 6×1.5175×4.58151×1.4 2×( 1- 0.5 /0.5 )/0.0015 =54.501kpa
4.2.2 机械强度的计算和校核
（1）设计的选材
考虑到使用温度、需用应力、价格、供货情况及材料的焊接性能等，在设计中选取：壳体、列管、管板、封头、法兰、支座、折流板材料为 0Cr18Ni10T。
（2）板厚的计算
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 毕业设计 20万吨年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计 摘要 苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况，苯乙烯反应的工艺条件，乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，苯乙烯的生产方法和生产工艺。 本设计以年处理量20万吨乙苯为生产目标，采用乙苯三段催化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。根据设计任务书的要求对整个工艺流程进行了物料衡算，并利用流程设计模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进行稳态模拟计算并绘制了带控制点的工艺流程图。在设计过程中对整个工艺流程进行了简化计算，将整个流程分为了反应和精馏分离两个部分，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟优化，并确定了整套装置的主要工艺尺寸。 由于本设计方案使用计算机过程模拟软件Aspen Plus进行仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进行改进及最优综合具有重要的实际意义。 关键词：乙苯，苯乙烯，脱氢，Aspen Plus，模拟优化
Abstract Styrene Monomer（SM）is one of the most important organic chemicals. This article describes the present situation and development of styrene at conditions, catalyst for ethylbenzene dehydrogenation to styrene, styrene production methods and production processes. This design is based on the annual targets, ethylbenzene three-stage dehydrogenation using styrene in the process, the entire section in the process design and equipment selection. According to the requirements of the design of the mission statement of the entire process the material balance, process design simulation software Aspen Plus simulation of the whole process of the entire process, choose the appropriate operating unit module and thermodynamic methods, process model for steady-state simulation and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process is divided into reaction and distillation to separate the two parts, the use of computer simulation results on the entire process flow simulation and optimization, and determine the size of the main process of the entire device . This design using computer simulation software Aspen Plus simulation designed to reduce the substantial costs of the actual design, to improve the existing process and optimal synthesis ，Aspen Plus，Simulation and optimization
乙苯脱氢制苯乙烯实验指导书 一、实验目的 1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 2、学会稳定工艺操作条件的方法。 3、掌握乙苯脱氢制苯乙烯的转化率、选择性、收率与反应温度的关系；找出最适宜的反应温度区域。 4、了解气相色谱分析方法。 二、实验的综合知识点 完成本实验的测试和数据处理与分析需要综合应用以下知识： （1）《化工热力学》关于反应工艺参数对平衡常数的影响，工艺参数与平衡组成间的关系。 （2）《化学反应工程》关于反应转化率、收率、选择性等概念及其计算、绝热式固定床催化反应器的特点。 （3）《化工工艺学》关于加氢、脱氢反应的一般规律，乙苯脱氢制苯乙烯的基本原理、反应条件选择、工艺流程和反应器等。 （4）《催化剂工程导论》关于工业催化剂的失活原因及再生方法。 （5）《仪器分析》关于气相色谱分析的测试方法。 三、实验原理 1、本实验的主副反应 主反应： 副反应： 在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应： 此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。 2、影响本反应的因素 （1）温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，?H o ＞0，从平衡常数与温度的关系式20ln RT H T K p p ?= ???? ????可知，
提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为：540~600℃。 （2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式Kp＝Kn= γ? ? ? ? ? ? ? ∑i n P 总可知，当?γ＞ 0时，降低总压P总可使Kn增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高乙苯的平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水﹕乙苯＝1.5﹕1(体积比)或8﹕1(摩尔比)。 （3）空速的影响 乙苯脱氢反应系统中有平行副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，故需采用较高的空速，以提高选择性。适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。 3、催化剂 本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。 四、预习与思考 1、乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应?如何判断?如果是吸热反应，则反应温度为多少?实验室是如何来实现的，工业上又是如何来实现的? 2、对本反应而言是体积增大还是减小?加压有利还是减压有利，工业上是如何来实现加减压操作的?本实验采用什么方法?为什么加入水蒸气可以降低烃分压? 3、在本实验中你认为有哪几种液体产物生成?有哪几种气体产物生成?如何分析? 4、进行反应物料衡算，需要—些什么数据?如何搜集并进行处理? 五、实验装置及流程 乙苯脱氢制苯乙烯实验装置及流程见图1。 六、实验步骤及方法 1、反应条件控制 汽化温度300℃，脱氢反应温度540~600℃，水﹕乙苯＝1.5﹕1(体积比)，相当于乙苯加料0.5mL／min，蒸馏水0.75 mL／min (50毫升催化剂)。 2、操作步骤 （1）了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。 （2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。 （3）分别校正蒸馏水和乙苯的流量(0.75mL／min和0.5mL／min) （4）当汽化器温度达到300℃后，反应器温度达400℃左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应温度升至500℃左右，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至540℃使之稳定半小时。 （5）反应开始每隔10~20分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分离器中放入量筒内。然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液重量。 （6）取少量烃层液样品，用气相色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。 （7）反应结束后，停止加乙苯。反应温度维持在500℃左右，继续通水蒸气，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水，并降温。
一、实验目的 1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 2、学会稳定工艺操作条件的方法。 二、实验原理 1、本实验的主副反应 主反应：氢气 ?117.8kJ/mol 苯乙烯 乙苯+ 副反应：乙烯 苯 ?105.0kJ/mol 乙苯+ ? +-31.5kJ/mol 乙苯+ 氢气 苯 乙烷 乙苯+ +-54.4kJ/mol ? 乙烯 甲苯 氢气 在水蒸汽存在的条件下，还可能发生下列反应： + ? 2 + + 氢气 乙苯3 二氧化碳 水 甲苯 此外，还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。 2、影响反应的因素 （1）温度的影响 乙苯脱氢为吸热反应，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯的选择性下降，能耗增加，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为540~600oC。 （2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增大的反应，降低总压可使平衡常数增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸汽用量为：水/乙苯＝1.5/1（体积比）。 （3）空速的影响
乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为止。 3、本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。 三、实验装置及流程 实验装置及流程如图1所示。 图1乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图 1－乙苯流量计；2、4－加料泵；3－水计量管；5－混合器；6－汽化器；7－反应器；8－电热夹套；9、11－冷凝器；10－分离器；12－热电偶 四、反应条件控制 汽化温度300oC，脱氢反应温度540～600oC，水：乙苯＝1.5：1（体积比），相当于乙苯加料0.5ml/min，蒸馏水0.75ml/min（50ml催化剂）。
4.2 实验一 乙苯脱氢制苯乙烯 一 实验目的 （1）了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 （2）学会稳定工艺操作条件的方法。 二 实验原理 1．本实验的主副反应 主反应： 副反应： 在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应： 此外还有芳烃脱氢缩合苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。 （1）影响本反应的因素 1）温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，00 >?H ，从平衡常数与温度的关系式 20ln RT H T K p p ?=???? ????可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为：540~600℃。 2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式n p K K =γ ???? ? ??∑i n P 总 可知，当γ?>时，降低总压总P 可使n K 增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适
宜的水蒸气用量为：水∶乙苯=1.5∶1（体积比）或8∶1（摩尔比）。 3）空速的影响 乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。 （2）催化剂 本实验采用氧化铁系催化剂其组成为：Fe2O3—CuO—K2O3—CeO2。 三预习与思考 （1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则反应温度为多少？实验室是如何来实现的？工业上又是如何实现的？ （2）对本反应而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸气可以降低烃分压？ （3）在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？ 四实验装置及流程 见图4.2-1。 五实验步骤及方法 （1）反应条件控制 汽化温度300℃，脱氢反应温度540~600℃，水∶乙苯=1.5∶1（体积比），相当于乙苯加料0.5ml/min，蒸馏水0.75mL/min（50毫升催化剂） （2）操作步骤 1）了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。 2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。 3）分别校正蒸馏水和乙苯的流量（0.75mL/min和0.5mL/min） 图4.2-1 乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图 1—乙苯计量管；2，4—加料泵；3—水计量管；5—混合器；6—汽化器；7—反应器； 8—电热夹套；9，11—冷凝器；10—分离器；12—热电偶 4）当汽化器温度达到300℃后，反应器温度达400℃左右开始加入已校正好流量的蒸馏
10万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计方案 前言 本设计的内容为10万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置，包括工艺设计，设备设计及平面布置图。
本设计的依据是采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯(Lummus)公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。苯乙烯单体生产工艺技术：深度减压，绝热乙苯脱氢工艺乙苯脱氢反应在绝热式固定床反应器中进行，其特点是：转化率高，可达55%，选择性好，可达90%。特殊的脱氢反应器系统：在低压（深度真空下）下操作以达到最高的乙苯单程转化率和最高的苯乙烯选择性。该系统是由蒸汽过热器、过热蒸汽输送管线和反应产物换热器组成，设计为热联合机械联合装置。整个脱氢系统的压力降小，以维持压缩机入口尽可能高压，同时维持脱氢反应器尽可能低压，从而提高苯乙烯的选择性，同时不损失压缩能和投资费用。 所需要的催化剂用量和反应器体积较小，且催化剂不宜磨损，能在高温高压下操作，内部结构简单，选价便宜。在苯乙烯蒸馏中采用一种专用的不含硫的苯乙烯阻聚剂。它经济有效且能使苯乙烯焦油作为燃料清洁地燃烧。 工业设计的优化和设备的良好设计可使操作无故障，从而可减少生产波动. 本设计装置主要由脱氢反应和精馏两个工序系统所组成。原料来自乙苯生产装置或原料采购部门，循环水、冷冻水、电和蒸汽来由公用工程系统提供，生产出的苯乙烯产品到成品库。 此设计过程中，为了计算方便，忽略了一些计算过程，故有一定的误差，另由于计算时间比较仓促，有些问题不能够直接解决。设计中有不少错误之处，请指导老师予以批评指正，多提出宝贵意见。 苯乙烯设计任务书 一、设计题目：年产10万吨苯乙烯的生产工艺设计
乙苯脱氢制苯乙烯 化工11-1 朱伦伦 工艺原理 以乙苯为原料，按1：3~1：8水比加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反应生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。 主反应：Array 这是一个强吸热可逆增分子反应。 副反应是热裂解、氢化裂解和蒸汽裂解反应： C6H5CH2CH3→C6H6＋C2H4 C6H5CH2CH3＋H2→C6H5CH3＋CH4 C6H5CH2CH3＋H2→C6H6＋C2H6 C＋2H2O→2H2＋CO2 CH4＋H2O→3H2＋CO C2H4＋2H2O→2CO＋4H2 水蒸汽变换反应：CO＋H2O→H2＋CO2 在水蒸汽浓度很高时，生成苯、甲苯的反应式可能被下列反应所代替： C6H5CH2CH3＋2H2O→C6H5CH3＋CO2＋3H2 C6H5CH2CH3＋2H2O→C6H6＋CH4＋CO2＋2H2 在乙苯脱氢反应中，原料乙苯中的化学杂质也发生反应，生成物还会进一步发生反应，为此，最终生成物中还含有另一些副产物，如二甲苯、异丙苯、α-甲基苯乙烯、焦油等。 影响化学反应的因素主要有：反应温度、反应压力和水蒸汽/乙苯比（简称水比）。此外，该反应还受到反应物通过催化剂床层的液体体积时空速度（LHSV）、催化剂性能、原料乙苯中含杂质情况等影响。 反应温度：乙苯脱氢生成苯乙烯的反应为吸热反应，故乙苯转化率随着反应温度的升高而增加。当温度升高后，不但生成苯乙烯的正反应增加，而且消耗苯乙烯的逆反应以更高的速度增加。另外，当反应温度提高后，虽然乙苯转化率提高，但副反应（指吸热的副反应）也将加剧，故生成苯乙烯的选择性将降低，因而反应温度不宜过高。从降低能耗和延长催化剂寿命出发，希望在保证苯乙烯单程收率的前提下，尽量采用较低的反应温度。 反应压力:对于给定的反应温度和水比，乙苯的转化率随着反应压力的降低而显著增加。在相同的乙苯液体空速和水比下，随着反应压力降低，可相应降低反应温度，而苯乙烯的单程收率维持不变，苯乙烯选择性提高。这一特性是由乙苯脱氢生成苯乙烯系增分子反应所决定的。 此外，苯乙烯是容易聚合的物质。反应压力高，将有利于苯乙烯自聚，生成对装置正常运转十
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告 一实验目的 （1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作； （2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。 （3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。 （4）掌握色谱分析方法。 二实验原理 主副反应 乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下： 主反应 C6H5C2H5C6H5C2H3 + H2 副反应 C6H5C2H5C6H6 + C2H4
C 2H 4 + H 2 C 2H 6 C 6H 5C 2H 5 + H 2 C 6H 6+ C 2H 6 C 6H 5C 2H 5 C 6H 5－CH 3+ CH 4 此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。 2.2 影响因素 温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，△H 0>0，从平衡常数与温度的关系式 2 0ln RT H T K P P ?=??? ????可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。 压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式γ ??? ? ???∑=ni 总P K K n P 可 知，当△γ>0时，降低总压P 总可使K n 增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝～：1（质量比）。 空速的影响 乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以～1h -1为宜。 催化剂 乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系 催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40％，选择性90％。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。 为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。 三 实验装置及仪器 实验流程见图1。
毕业设计 20万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计 摘要 苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况，苯乙烯反应的工艺条件，乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，苯乙烯的生产方法和生产工艺。 本设计以年处理量20万吨乙苯为生产目标，采用乙苯三段催化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。根据设计任务书的要求对整个工艺流程进行了物料衡算，并利用流程设计模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进行稳态模拟计算并绘制了带控制点的工艺流程图。在设计过程中对整个工艺流程进行了简化计算，将整个流程分为了反应和精馏分离两个部分，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟优化，并确定了整套装置的主要工艺尺寸。 由于本设计方案使用计算机过程模拟软件Aspen Plus进行仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进行改进及最优综合具有重要的实际意义。 关键词：乙苯，苯乙烯，脱氢，Aspen Plus，模拟优化
Abstract Styrene Monomer（SM）is one of the most important organic chemicals. This article describes the present situation and development of styrene at home and abroad, styrene reaction conditions, catalyst for ethylbenzene dehydrogenation to styrene, styrene production methods and production processes. This design is based on the annual handling capacity of 200,000 tons of ethylbenzene production targets, ethylbenzene three-stage dehydrogenation using styrene in the process, the entire section in the process design and equipment selection. According to the requirements of the design of the mission statement of the entire process the material balance, process design simulation software Aspen Plus simulation of the whole process of the entire process, choose the appropriate operating unit module and thermodynamic methods, process model for steady-state simulation and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process is divided into reaction and distillation to separate the two parts, the use of computer simulation results on the entire process flow simulation and optimization, and determine the size of the main process of the entire device . This design using computer simulation software Aspen Plus simulation designed to reduce the substantial costs of the actual design, to improve the existing process and optimal synthesis has important practical significance. Keywords：Ethylbenzene，Styrene，dehydrogenation，Aspen Plus，Simulation and optimization
五、乙苯脱氢制苯乙烯 苯乙烯是用于生产各种弹性体、塑料和树脂的重要单体。 1.工艺路线的评述 现代苯乙烯生产装置不论采用乙苯脱氢法还是乙苯和丙烯共氧化(亦称自氧化)法,都需用原料乙苯,乙苯生产往往是苯乙烯生产装置的一个组成部分。工厂的技术经济评价和工艺技术也常将乙苯生产考虑在内,因此,本节对苯乙烯生产方法的评述也包括乙苯部分。 (1)乙苯生产方法评述乙苯可由炼油厂有关生产装置(如催化重整、催化裂化和热裂化)得到的C8芳烃馏分中获得(约占C8芳烃的15%～25%),但量少(不足乙苯总生产量的10%),乙苯与关键组分对二甲苯沸
点差仅为2.2℃,分离和精制难度较大。工业上分离乙苯的精馏塔实际塔板数达300～400块(相当于理论板数200～250块),三塔串联,塔釜压力0.35～0.4MPa,回流比50～100,得到的乙苯纯度在99.6%以上。 90%以上的乙苯是由苯与乙烯经烷基化(工厂中常称烃化)制得的: 副产物有二乙苯和多乙苯,它们可经分离,提纯作为化工产品出售,例如二乙苯可用来生产二乙烯苯,后者用作合成树脂的交联剂和改性剂;亦可经烷基转移反应,与苯作用生成乙苯。 现在,生产乙苯的方法有下列四种:传统AlCl3液相法,均相AlCl3液相法,分子筛气相法和丫分子筛液相法。
传统AlCl3液相法在1935年就开发成功,现在使用最广的是UCC/Badger工艺。AlCl3溶解于苯、乙苯和多乙苯的混合物中,生成络合物,并与液态苯形成液-液二相反应体系。在同一反应器中,进行烷基化反应的同时,二乙苯和多乙苯与苯发生烷基转移反应。乙烯转化率接近100%,烷基化反应收率97.5%,每生产1吨乙苯副产焦油1.8～2.7公斤。催化剂,苯及多乙苯循环使用。 此法反应介质腐蚀性强,设备需考虑防腐问题;对原料中的杂质含量要求严 格,AlCl3用量大,物耗、能耗很高,环境污染严重,副产焦油量大。优点是工艺流程简单;操作条件要求较低;烷基化反应与烷基转移反应在同一反应器中完成。此法已日趋淘汰。
二、乙苯催化脱氢合成苯乙烯的工艺流程 脱氢反应： 强吸热反应； 反应需要在高温下进行； 反应需要在高温条件下向反应系统供给大量的热量。 由于供热方式不同，采用的反应器型式也不同。 工业上采用的反应器型式有两种： 一种是多管等温型反应器，是以烟道气为热载体，反应器放在加热炉内，由高温烟道气，将反应所需要的热量通过管壁传递给催化剂床层。 另一种是绝热型反应器，所需要的热源是由过热水蒸气直接带入反应系统。 采用这两种不同型式反应器的工艺流程，主要差别： 脱氢部分的水蒸气用量不同； 热量的供给和回收利用方式不同。 （一）多管等温反应器脱氢部分的工艺流程 反应器构成： 是由许多耐高温的镍铬不锈钢钢管组成； 或者内衬以铜锰合金的耐热钢管组成； 管径为100～185mm； 管长为3m； 管内装填催化剂； 管外用烟道气加热（见图4-9，P182）。
多管等温反应器脱氢部分的工艺流程图见图4-10（P182）所示。 反应条件及流程： 1.原料乙苯蒸气和一定量的水蒸气混合； 2.预热温度(反应进口)：540℃； 3.反应温度(反应出口)：580～620℃； 4.反应产物冷却冷凝： 液体分去水后送到粗苯乙烯贮槽； 不凝气体含有90%左右的H 2，其余为CO 2和少量C 1及C 2 可作为燃料气，也可以用作氢源。 5.水蒸气与乙苯的用量比（摩尔比）为6～9:1； (等温反应器脱氢，水蒸气仅作为稀释剂用)。 6.讨论： (1)等温反应器:要使反应器达到等温，沿反应器的反应管传热速率的改变，必须与反应所需要吸收热量的递减速率的改变同步。 (2)一般情况下，出口温度可能比进口温度高出几十度(传递给催化剂床层的热量，大于反应时需要吸收的热量。) (3)催化剂床层的最佳温度分布以保持等温为好。 尾气放空烟道气排 冷却水 阻聚剂循环烟道气配比蒸汽 水燃料雾化 蒸 汽粗笨乙烯至精馏工段 12345 671图4-10 多管等温反应器乙苯脱氢工艺流程 1-脱氢反应器；2-第二预热器；3-第一预热器；4-热交换器；5-冷凝器； 6-粗乙苯贮槽；7-烟囱；8-加热炉
(1)乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则反应温度为多少？本实验采用的什么方法？工业上又是如何来实现的？ 答：乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热反应。反应温度升高，平衡向生成乙苯的方向移动。反应温度为540C。本实验采用采用的方法是接通电源使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度。汽化器温度达到300度，反应器温度达400度左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。当反应度达到500度左右时，加入已校正好流量的乙苯，继续升温至540度使之稳定。加热温度用热电偶控制。工业上乙苯脱氢时常加入适量02,在合适的条件下，02与生成的H2化合成H2O,相当于移走生成物H2,促进平衡向生成苯乙烯的方向移动。 (2)对本反应而言使体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上使如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸气可以降低烃的分压？答：乙苯脱氢生成苯乙烯为体积增加的反应。从平衡常数与压力的关系可知降低总压P总可使Kn增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。工业上，通过加水蒸气和乙苯的混合气来实现减压操作。本实验采用加水蒸气的方法来降低乙苯分压以提高平衡转化。因为水蒸气热容量大；产物易分离；产物不起反应；水蒸气还可以保护裂解炉管；水蒸气还有清焦作用。 (3)在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？答：液体产物：苯乙烯、乙苯、苯、甲苯。 气体产物：甲烷、乙烷、乙烯、氢气、二氧化碳、(水蒸气) (4)进行反应物料衡算，需要一些什么数据？如何收集并进行处理？ 答：进行反应物料衡算需要乙苯的和水的加入量，精产品水层量和烃层量，并对粗产品中苯、甲苯、乙苯和苯乙烯含量进行分析，从而计算乙苯的转化率、苯乙烯的先择性和收率。
北京化工大学能源化学工程专业实验报告 实验名称：乙苯脱氢制苯乙烯 班级：能源XXX班 姓名：XXXX 学号：XXXXXXX 同组人：XXXXXXXXXXXX 实验日期：2015.12.28
一、实验目的 1.了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 2.学会稳定工艺操作条件的方法。 二、实验原理 1. 本实验的主副反应 主反应：乙苯?苯乙烯+氢气 117.8 kJ/mol 副反应：乙苯?苯+乙烯105.0 kJ/mol 乙苯+氢气?苯+乙烷-31.5 kJ/mol 乙苯+氢气?甲苯+乙烯 -54.4 kJ/mol 在水蒸汽存在的条件下，还可能发生下列反应： 乙苯+ 2水?甲苯+二氧化碳+ 3氢气 此外，还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。 2. 影响本反应的因素 （1）温度的影响 乙苯脱氢为吸热反应，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯的选择性下降，能耗增加，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为540~600 oC。 （2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增大的反应，降低总压可使平衡常数增大，从而增加反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸汽的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸汽用量为：水/乙苯＝1.5/1（体积比）。
（3）空速的影响 乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6 h-1 为宜。 3. 本实验采用氧化铁系催化剂，其组成为：Fe2O3-CuO-K2O3-CeO2。 三、实验装置及流程 实验装置及流程如图1所示。 图1乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图 1－乙苯流量计；2、4－加料泵；3－水计量管；5－混合器；6－汽化器；7－反应器；8－电热夹套；9、11－冷凝器；10－分离器；12－热电偶四、反应条件控制 汽化温度300 oC，脱氢反应温度540～600 oC，水：乙苯＝1.5：1（体积比），相当于乙苯加料0.5 ml/min，蒸馏水0.75 ml/min（50 ml 催化剂）。 五、实验步骤 1. 注入原料乙苯和水，接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定温度，同时打开循环冷却水。
乙苯脱氢制苯乙烯脱氢工段工艺设计
摘要 本设计是以年产5万吨苯乙烯为生产目标，采用乙苯脱氢制得苯乙烯的工艺方法，本文针对设计要求对整个工艺流程进行物料衡算，热量衡算，对整个工段进行工艺设计和设备选型。然后根据物料平衡分别对进出脱氢反应器和气提塔进行物料衡算。根据热力学定律对工艺中的第一预热器第二预热器，热交换器和反应器进行了能量衡算。对油水分离器，物料泵，热交换器理论上进行了尺寸计算及选择。为满足设计要求，达到所需要的工艺条件，本设计本着理论联系实际的精神，用现行的乙苯脱氢制取苯乙烯的方法为设计基础，主要对乙苯脱氢工段进行工艺设计和优化。 关键词： 乙苯脱氢苯乙烯物料衡算能量衡算工艺 ABSTRACT The design is based on an annual output of 50,000 tons of styrene production target of dehydrogenationof ethylbenzene to styrene process,Processfor the whole process design and the main equipment selection.Based on the design requirements of the entire process of the material balance and energy balance.According to the material balance were circulating oil-water separator,material pumps,heateexchangers and dreacters.According to the laws of thermodynamics the energy balance of the process preheater preheaters,heat exchangers and dreactor operator.As far as possible to meet the design requirements to achieve the required conditions. Key word：ethylbenzene; styrene; material balance; energy balance; distillation;
乙苯脱氢制苯乙烯实验装置 实验指导书
乙苯脱氢制备苯乙烯实验指导书 一、实验目的 1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。 2、学会稳定工艺操作条件的方法。 3、掌握乙苯脱氢制苯乙烯的转化率、选择性、收率与反应温度的关系；找出最适宜的反应温 度区域。 4、学会使用温度控制和流量控制的一般仪表、仪器。 5、了解气相色谱分析及使用方法。 、实验原理 1、本实验的主副反应 主反应： 副反应： 在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应： 此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油等。这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。 2、影响本反应的因素 （1）温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，?H o> 0，从平衡常数与温度的关系式 高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为： 540~600 ℃。 lnK p H0可知，提 T p RT2
（2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式Kp＝Kn= P总可知，当?γ> 0 n i 时，降低总压P总可使Kn 增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高乙苯的平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水﹕乙苯＝﹕1（体积比）或8﹕1（摩尔比）。 （3）空速的影响乙苯脱氢反应系统中有平行副反应和连串副反应，随着接触时间的增 加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，故需采用较高的空速，以提高选择性。适 宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以为宜。 3、催化剂 本实验采用GS-08催化剂，以Fe，K为主要活性组分，添加少量的IA，Ⅱ A，IB 族以稀土氧化物为助剂。 三、实验装置及流程 乙苯脱氢制苯乙烯实验装置及流程见下图
一 、实验目的 1、了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会 设计实验流程和操作； 2、掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之 方法； 3、掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法； 4、掌握色谱分析方法。 二 、实验原理 1、主副反应 乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下： 主反应 副反应 此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。 2、影响因素 （1）温度的影响 乙苯脱氢反应为吸热反应，△H 0>0，从平衡常数与温度的关系式 2 0ln RT H T K P P ?=??? ????可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。 （2）压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式γ ?? ? ????∑=ni 总P K K n P 可知，当△γ>0时，降低总压P 总可使K n 增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降
低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝1.2～2.6：1（质量比）。 （3）空速的影响 乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6～1h-1为宜。 （4）催化剂 乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40％，选择性90％。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。 为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。 三、实验装置及仪器 实验流程见图1
乙苯脱氢制苯乙烯实验 报告 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告 一实验目的 （1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作； （2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。 （3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。 （4）掌握色谱分析方法。 二实验原理 主副反应 乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下： 主反应 C 6H 5C 2H 5C 6H 5C 2H 3+H 2 副反应 C 6H 5C 2H 5C 6H 6+C 2H 4 C 2H 4+H 2C 2H 6 C 6H 5C 2H 5+H 2C 6H 6+C 2H 6 C 6H 5C 2H 5C 6H 5－CH 3+CH 4 此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。 2.2 影响因素 乙苯脱氢反应为吸热反应，△H 0>0，从平衡常数与温度的关系式 2 0ln RT H T K P P ?=??? ????可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡
转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。 压力的影响 乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式 γ? ? ? ? ? ? ? ∑ = ni 总 P K K n P 可 知，当△γ>0时，降低总压P总可使K n增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显着，因此适宜的用量为：水：乙苯＝～：1（质量比）。 空速的影响 乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以～1h-1为宜。 催化剂 乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系 催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40％，选择性90％。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。 为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。 三实验装置及仪器 实验流程见图1。