乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计

南京工业大学化学化工学院《化工过程与工艺设计》设计题目乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计学生姓名吴美妍班级、学号化工100704 指导教师姓名林陵设计时间 2013年 6 月27日-2013 年7月12日课程设计成绩：指导教师签字目录第一部分设计说明书前言·······················错误!未定义书签。

第一章概述····················错误!未定义书签。

工艺路线与产品················错误!未定义书签。

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年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书题目：年产2.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计设计条件：⒈常压反应，水蒸气稀释，副反应忽略。

⒉粗产品组成（脱水后的油相）摩尔分率：乙苯：苯乙烯=0.54:0.46。

⒊塔压力6kpa,相对挥发度按1.54计。

⒋塔顶乙苯含量0.97，塔釜乙苯含量0.01。

设计要求：⒈计算转化率，按其为平衡转化率的90%计，求得平衡组成，选定水蒸气的用量，求出平衡常数及反应温度。

⒉列出物料进出反应器的平衡表。

⒊根据进料组成，黏度估算全塔效率。

⒋根据条件及分离要求计算最小回流比，确定实际回流比，计算理论及实际塔板数，并确定加料板的位置。

⒌根据塔顶第一块的汽液条件设计塔径，塔板结构，并进行水力学性能校核。

⒍做负荷性能图。

⒎塔高的确定及接管尺寸。

⒏塔设计列表。

⒐画出塔的结构图。

㈠相关物性参数收集㈡反应计算机物料进出反应器的平衡表⒈ 设计条件，粗产物中乙苯∶苯乙烯＝0.58∶0.42 ,以苯乙烯计算转化率为x=0.42平衡转化率x e =90.042.0=0.4667⒉ 1mol 苯乙烯反应系统，平衡转化率为51.1%，平衡时系统组成为： 主反应 C 6H 5C 2H 5 = C 6H 5CHCH 2 + H 2 平衡时：1—0.46670.511 0.51125℃下，反应的θm r G ∆=),(2g H G m f θ∆+),(256g CHCH H C G m f θ∆—),(5256g H C H C G m f θ∆=246.18+0—162.09=84.09kJ/mol ； θmr H ∆=)(,2g H H m f θ∆+),(3256g H C H C H m f θ∆—),(3256g H C H C H m f θ∆=103.76+12.34=116.1kJ/mol ； θmr G ∆=﹣RT ㏑K θ T 1=298K,解得K θ（1）=1.41㏑)1()2(θθK K =R H mr θ∆（11T —21T ）假设系统中的水蒸气的物质的量为1mol,K θ（2）=x x -12(811++x )=511.01511.02-×(1511.011++)=0.21；解得T 2=811.23K选择反应温度为811.23K ，水争取与乙苯的物质的量之比1：10。

乙苯脱氢制苯乙烯反应工段毕业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30万吨乙苯为生产目标，采用乙苯二段绝热氧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和热量衡算，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，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟，并确定了整套装置的主要工艺尺寸,车间的平立面布置。

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AbstractStyrene 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 300,000 tons of ethylbenzene production targets, ethylbenzene two-stage adiabatic oxidative 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 and heat 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, and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process include one reaction parts, the use of computer simulation results on the entire process flow simulation , determine the size of the main process of the entire device , workshop level and elevation layout.This design using computer simulation software Aspen Plus simulation文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

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。

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20ln RTH TK pp ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂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GS-08催化剂，以Fe ，K 为主要活性组分，添加少量的IA ，ⅡA ，IB 族以稀土氧化物为助剂。

10万吨年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计方案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。

本次设计的依据是参照Lummus公司的苯乙烯生产技术，采用低活性、高选择性催化剂，通过乙苯脱氢生产苯乙烯。

苯乙烯单体生产技术：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。

所需催化剂的数量和反应器的体积都很小，催化剂不适合磨损。

它可以在高温高压下工作。

内部结构简单，价格便宜。

苯乙烯蒸馏中使用了一种特殊的无硫苯乙烯阻聚剂。

它经济有效，可以使苯乙烯焦油作为燃料清洁燃烧。

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.设计装置主要由脱氢反应和蒸馏两个工艺系统组成。

原料来自乙苯生产单位或原料采购部门。

循环水、冷冻水、电和蒸汽由公用工程系统提供，生产的苯乙烯产品送至成品仓库。

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。

苯乙烯设计作业一、设计题目：年产10万吨苯乙烯的生产工艺设计二、设计原始条件：1、原料组成（质量%）乙苯组甲苯1,2399%0.8%4,5698%1.2%2.操作条件：年工作日：300天，每天24小时，乙苯总转化率为55%乙苯损失量为纯乙苯投料量为4.66%配料比：原料烃/水蒸汽=1/2.6（质量比）温度T：第一反应器入口温度630℃，出口温度580℃，第二反应器入口温度630℃，出口温度600℃，压力P：床层平均工作压力1.5*105Pa（绝对）3。

毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：xxx2010年12 月6 日目录一、设计任务书 (1)二、摘要 (3)三、绪论 (7)1.苯乙烯的性质和用途 (7)2.苯乙各种生产工艺及比较 (7)2.1苯乙酮法 (7)2.2乙苯和丙烯共氧化 (7)2.3乙苯催化脱氢法 (8)3.主、副化学反应式 (8)4.原理、化学组成及化学性质 (8)5.流程叙述 (10)5.1脱氢反应总述 (10)5.2苯乙烯蒸馏总述 (11)四、物料及热量衡算 (15)（一）、苯乙烯生产全系统的物料衡算 (15)1.反应系统物料衡算 (15)1.1反应系统进料量计算 (15)1.2出水冷冷凝器的气液组成 (18)1.3出盐水冷凝器的气液组成 (20)1.4油水分离器水油组成 (21)2.分离系统物料衡算 (23)2.1苯乙烯精馏塔的物料衡算 (24)2.2苯、甲苯蒸出塔的物料衡算 (26)2.3苯乙烯初馏塔物料衡算 (28)2.4乙苯蒸出塔的物料衡算 (30)（二）、脱氢系统的热量衡算 (32)1．蒸发器 (32)2、第一预热器 (33)3、热交换器 (34)4、第二预热器 (34)5、反应器 (35)四、感谢信 (40)五、参考文献 (41)摘要苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，主要用于生产聚苯乙烯，也可用于制备丁苯橡胶、苯乙烯一顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酯等。

乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，采用的催化剂主要是Fe-K系催化剂，其中Fe2O3。

是活性组分、K2O是活性促进剂，K2O的引入使铁系催化剂的活性有了显著提高，可以在较低的水比下应用，但K2O含量过高存在着钾的流失问题。

2.0万吨/年苯乙稀精馏工段工艺设计摘要本设计为2.0万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯精馏工段工艺设计，工艺采用具有低活性、高选择性的氧化铁系列催化剂，参照鲁姆斯公司（Lummus）公司生产苯乙烯的技术，以乙烯脱氢法生产苯乙烯。

乙苯催化脱氢法是目前生产苯乙烯的主要方法，目前世界上大约90%的苯乙烯采用该方法生产。

它以乙苯为原料，在催化剂的作用下脱氢生成苯乙烯和氢气。

设计内容主要包括：工艺流程设计、工艺计算、设备设计等。

本设计主要是精馏工序的设计。

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。

乙苯脱氢反应在绝热固定床反应器中进行，反应物送至精馏工序。

先经乙苯--苯乙烯分离出乙苯（含苯、甲苯）和粗苯乙烯（带重组分及焦油）。

乙苯馏分送苯—甲苯塔分成苯、甲苯馏分和回收乙苯，回收乙苯返回脱氢工序。

粗苯乙烯送精馏塔分成精馏苯乙烯和焦油。

关键词：苯乙烯；精馏装置；工艺设计20000 tons / year Styrene Distillation ProcessDesignAbstractThe design for the unnual production capacity of 2.0 Ethylbenzenne Dehydrogena-tion to Styrene process ,technology used with a law activity ,high selectivity of the iron oxide catalyst ,in the light of (Lummus) styrene production technology to ethylbenzene from Styrene production of hydrogen .Design elements include :process design ,process calculation ,equipment design .Designed for use mainly by the dehydrogenation reaction and distillation systems composed of two processes .Dehydrogenation of ethylbenzene in adiabatic fixed-bed reactor ,the reactant to the distillation process .Fist , by ethylbenzene –tower isolated ethylbenzene styrene(benzene,toluene) and the crude styrene (with the reorganization of sub-and tar ).Ethylbenzene benzene distillate delivery –Tap into toluene benzene ,toluene ethylbenzene distillate and recovery , the recovery process of ethylbenzene dehydrogenation to return .Send crude distillation column is divided into fine styrene and styrene tar .Keywords: ethylbenzene; dehydrogenation; Design element目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)1 绪论 (2)1.1 原料的主要性质与用途 (2)1.2 苯乙烯的性质和用途 (3)1.3 各种苯乙烯生产工艺及比较 (3)1.4 本工艺设计说明 (5)2 生产工艺说明 (8)2.1 原料、成品及半成品 (8)2.2 主、副化学反应式 (8)2.3 生产步骤 (8)3 工艺计算及设备设计 (15)3.1 物料衡算 (15)3.1.1 粗苯乙烯塔 (15)3.1.2 精苯乙烯塔 (15)3.1.3 循环乙烯塔 (15)3.1.4 苯，甲苯塔 (16)3.2 热量横算 (16)3.2.1 粗苯乙烯塔 (16)3.2.2 循环乙苯塔 (17)3.2.3 精苯乙烯塔 (18)3.2.4 苯-甲苯塔 (19)4 粗苯乙烯塔的一些物性参数 (21)4.1 塔的操作压力及温度 (21)4.2 最小回流比Rmin (22)4.3 最小理论板数 (22)5 设备计算 (24)5.1 精馏段 (24)5.1.1 操作气速 (24)5.1.2 塔板的设计 (25)5.1.3 塔板适宜操作区的计算和分析 (26)5.2 提馏段 (28)5.2.1 操作气速 (28)5.2.2 塔板的设计 (30)5.2.3 塔板适宜操作区的计算和分析 (31)参考文献 (34)谢辞 (35)前言苯乙烯作为化工生产的基本原料，在国民经济中起到了越来越大的作用。

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2.1 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C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4C2H4+H2C2H6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4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，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式ln K P H0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T P RT2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。

2.2.2 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K P K n P总可ni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＝ 1.2～ 2.6： 1（质量比）。

2.2.3 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。