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实验13 乙苯脱氢制苯乙烯一．实验目的1．熟悉乙苯气相催化脱氢制备苯乙烯的过程，明确乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响。
2．掌握反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法。
3．掌握反应产物的分析测试方法。
二．实验原理乙苯脱氢为可逆吸热反应：主反应: C 8H 10 C 8H 8 + H 2 △H 873K = 125 kJ/mol （2-13-１）除脱氢反应外，还发生一系列副反应，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、烯烃、焦油等，如：C 8H 10 C 6H 6+ C 2H 4 △H 873K = 102 kJ/mol （2-13-２）C 8H 10 + H 2 C 7H 8 + CH 4 △H 873K = - 64.4 kJ/mol （2-13-３） C 8H 10 + H 2 C 6H 6 + C 2H 6 △H 873K = - 41.8 kJ/mol （2-13-４） C 8H 10 8C + 5H 2 △H 873K = - 1.72kJ/mol （2-13-５） 乙苯脱氢反应是一个吸热、摩尔数增多并需要催化剂的复杂过程。
由于反应是吸热反应，随着温度的升高，脱氢反应加快，苯乙烯收率也迅速增加。
反应温度过高，脱氢反应加快，但苯乙烯收率增加变慢，即副反应大大加快，所以反应温度一般控制在550-610℃范围内。
反应（2-13-2）、（2-13-3）是两个主要的平行副反应，这两个副反应的平衡常数大于乙苯脱氢生成苯乙烯的平衡常数，因此，如果从热力学分析看，乙苯脱氢生产苯乙烯的可能性确实不大,所以要采用高选择性的催化剂，增加主反应的反应速率。
常用的乙苯气相催化脱氢制取苯乙烯的催化剂种类很多，通常是以铁(Fe 2O 3)为基础的多组分催化剂，助催化剂有钾（K 2O ），铬（Cr 2O 3）等。
本试验采用铁系催化剂作为乙苯气相脱氢制苯乙烯反应的催化剂。
乙苯气相脱氢制苯乙烯是一个摩尔数增多、体积增大的过程，因而在减压条件下进行对生成苯乙烯有利。
(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AbstractStyrene 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目录1前言 (1)1.1苯乙烯现状及发展概况 (2)1.2乙苯脱氢制取苯乙烯反应工艺条件研究 (2)1.2.2温度 (2)1.2.3进料比 (3)1.2.4压力 (3)1.3乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究 (3)1.3.1国内外苯乙烯催化剂研究现状 (4)1.3.2国内催化剂研发的建议 (5)1.4苯乙烯生产方法概述 (7)1.4.1乙苯脱氢法 (7)1.4.2乙苯共氧化法 (7)1.4.3甲苯为原料合成苯乙烯 (8)1.4.4乙烯和苯直接合成苯乙烯 (8)1.4.5乙苯氧化脱氢 (8)1.5乙苯脱氢制苯乙烯工艺方法概述 (9)1.5.1LummusUOP乙苯脱氢工艺 (9)1.5.2FinaBadger乙苯脱氢工艺 (9)1.5.3乙苯脱氢选择性氧化工艺（Smart工艺） (10)1.6Aspen Plus软件及功能简介 (10)1.7本设计方案主要内容及意义 (12)2设计部分 (13)2.3设计任务书 (13)2.3.1乙苯催化脱氢主、副反应 (13)2.3.2乙苯脱氢催化剂 (13)2.3.3乙苯脱氢反应条件 (13)2.3.4乙苯脱氢工艺流程 (14)2.4物料衡算 (14)2.4.1脱氢绝热反应器 (15)2.4.2油水分离器 (17)2.4.3乙苯—苯乙烯精馏塔 (20)2.4.4甲苯—乙苯精馏塔 (21)2.4.5苯—甲苯精馏塔 (21)2.4.6苯乙烯精馏塔 (22)2.5Aspen Plus模拟工艺流程设计 (22)2.3.1状态方程及模块的选择 (22)2.3.2动力学方程选择 (23)2.3.3反应部分操作参数和关键控制 (24)2.3.4精馏部分操作参数 (34)3设计结果与讨论 (42)3.1苯乙烯工艺流程图及流程概述 (42)3.2Aspen Plus软件模拟流程及其简述 (43)3.2.1反应部分概述 (43)3.2.2分离部分模拟 (44)3.3主要设备工艺参数汇总 (44)3.3.1换热器组 (44)3.3.2反应器 (44)3.3.3精馏分离部分 (45)3.4公用工程一览 (45)3.4.1加热蒸汽 (45)3.4.2生产用电 (45)3.4.3冷却用水 (46)3.5讨论 (46)符号说明 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1前言苯乙烯是一种重要的石油化工基本原料，是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生产品。
简述乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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年产6万吨乙苯脱氢制苯乙烯工艺设计苯乙烯是不饱和芳烃最简单、最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。
如结晶型苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶(SBR)。
苯乙烯（SM）是含有饱和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。
苯乙烯为无色透明液体，常温下具有辛辣香味，易燃。
苯乙烯难溶于水，25℃时其溶解度为0.066%。
苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。
8061苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/L。
浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。
苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。
苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范围为1.1～6.01%（体积分数）。
苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。
苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。
在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。
因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。
苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。
由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。
目前，其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产各种塑料和橡胶。
1 任务的来源本设计为年产6万吨乙苯脱氢制苯乙烯工艺设计的初步工艺设计，以专业基础课的学习为基础，设计合理的工艺流程，选择相应的工艺设备等。
简单介绍了苯乙烯的性能、主要用途、生产现状和发展趋势，确定以乙苯脱氢法作为本设计的工艺生产方法。
在设计过程中，根据设计任务书的要求，通过物料衡算和热量衡算，以确定设备工艺参数和消耗工艺指标，同时对苯乙烯生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。
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ABSTRACTThe 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C8H8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。
化工专业实验：乙苯脱氢制苯乙烯实验指导书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。
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，∆Ho＞0，从平衡常数与温度的关系式20lnRTHTKpp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=inP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。
实验乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯是一种重要的化学反应，可用于生产苯乙烯。
苯乙烯是一种重要的化学原料，广泛用于塑料、橡胶、纺织和涂料等行业。
本实验旨在使用催化剂将乙苯脱氢制为苯乙烯，同时研究不同反应条件对反应产物的影响。
实验步骤：1. 实验仪器：采用多项仪器进行实验操作，主要包括反应釜、加热器、冷却器、气体净化器、漏斗等。
2. 实验材料：本实验中使用的材料有苯乙烯、乙苯，催化剂、溶剂，以及各种实验用的试剂。
3. 反应条件：反应釜温度在350至450℃之间，催化剂量为反应物的5%，氢气流量控制在0.5至1L/min，同时保持反应时间在2到6小时。
4. 实验流程：将乙苯和催化剂加到反应釜中，逐步加热至设定的反应温度。
当达到一定的温度时，开始向反应釜中通入氢气，同时控制氢气流量和反应时间，完成反应后，用氮气吹干反应釜，并用氢气清洗。
5. 实验分析：收集反应产物，通过色谱分析、质谱分析等手段，分析反应物和产物的组成，探究不同反应条件对产物生成的影响。
实验原理：乙苯脱氢制苯乙烯是将乙苯中的甲基基团和芳香基团分离，生成苯乙烯的反应。
催化剂是反应中的关键，可以选择镍、铂、钒等金属作为催化剂。
氢气在反应中也起着重要作用，通过提供氢离子，防止反应中的芳香基团被进一步氧化。
实验结果：实验结果表明，催化剂种类、温度、氢气流量和反应时间等因素都会影响反应产物的生成。
在相同温度下，镍催化剂的反应活性高于钒催化剂。
同时，反应温度越高，产物的产量越高，但也会导致副反应的增加。
氢气流量和反应时间的控制也在一定程度上影响着反应产物的生成。
结论：本实验的结果表明，乙苯脱氢制苯乙烯是一种复杂的化学反应，受多种因素的影响。
通过对实验过程和产物的分析，可以对反应条件进行优化，使得反应产物的产量和纯度得到提高。
同时，本实验也为进一步的苯乙烯生产工艺研究提供了基础数据。
目录摘要 (V)Abstract (VII)第1章、绪论............................................................ - 1 -1.1乙苯原料......................................................... - 1 -1.1.1乙苯的主要性质............................................. - 1 -1.1.2乙苯的主要参数............................................. - 1 -1.2苯乙烯产品....................................................... - 2 -1.2.1苯乙烯的作用............................................... - 2 -1.2.2苯乙烯主要参数............................................. - 2 -1.3乙苯脱氢制苯乙烯反应的影响因素................................... - 3 -1.3.1温度....................................................... - 3 -1.3.2压力....................................................... - 3 -1.3.3水蒸气/乙苯进料比.......................................... - 4 -1.3.4空速....................................................... - 4 -1.3.5催化剂..................................................... - 5 -1.3.6杂质....................................................... - 5 -1.4工艺选择......................................................... - 5 -1.4.1Lummus/UOP乙苯脱氢法...................................... - 5 -1.4.2Fina/Badger乙苯脱氢法 ....................................... - 6 -1.4.3乙苯脱氢选择性氧化法(Smart工艺) ............................ - 7 -1.4.4环氧丙烷联产制苯乙烯法..................................... - 7 -1.4.5 裂解汽油抽提蒸馏回收法..................................... - 8 -1.4.6 丁二烯合成法............................................... - 8 -1.5反应器........................................................... - 9 -1.5.1反应器的选型............................................... - 9 -1.5.2列管式反应器的优点......................................... - 9 - 第2章、设计部分....................................................... - 11 -2.1设计任务书...................................................... - 11 -2.1.1乙苯脱氢主、副反应........................................ - 11 -2.1.2乙苯脱氢催化剂............................................ - 11 -2.1.3乙苯脱氢反应条件.......................................... - 11 -2.1.4反应器.................................................... - 12 - 2.2物料衡算........................................................ - 12 -2.2.1反应器.................................................... - 12 -2.2.2油水分离器................................................ - 13 -2.2.3乙苯-苯乙烯精馏塔......................................... - 15 -2.2.4甲苯-乙苯精馏塔........................................... - 16 -2.2.5苯-甲苯精馏塔............................................. - 17 -2.2.6苯乙烯精馏塔.............................................. - 17 - 2.3 热量衡算....................................................... - 18 -2.3.1蒸发器.................................................... - 18 -2.3.2第一预热器................................................ - 19 -2.3.3热交换器.................................................. - 19 -2.3.4第二预热器................................................ - 20 -2.3.5反应器.................................................... - 20 - 2.4动力学方程...................................................... - 22 - 2.5工艺设计........................................................ - 24 -2.5.1催化剂用量................................................ - 24 -2.5.2反应器列管数.............................................. - 25 -2.5.3换热面积.................................................. - 25 -2.5.4设计温度.................................................. - 26 -2.5.5设计压力.................................................. - 26 - 2.6、结构设计...................................................... - 26 -2.6.1反应器筒体直径............................................ - 26 -2.6.2反应器筒体高度............................................ - 27 -2.6.3反应器筒体厚度............................................ - 27 -2.6.4封头设计.................................................. - 28 -2.6.5反应床层压降.............................................. - 28 -2.7接管及零部件尺寸计算............................................ - 29 -2.7.1进、出料管................................................ - 29 -2.7.2导热油进、出口............................................ - 30 -2.7.3安全阀.................................................... - 30 -2.7.4温度计接管................................................ - 30 -2.7.5人孔设计.................................................. - 31 -2.8催化剂的装填.................................................... - 31 -2.9、校核.......................................................... - 33 - 第3章、技术展望....................................................... - 69 -3.1催化剂.......................................................... - 69 -3.1.1国内外研究进展............................................ - 69 -3.1.2发展趋势.................................................. - 69 -3.2新型反应器研究进展.............................................. - 70 -3.2.1无机膜反应器.............................................. - 70 -3.3新型工艺的开发.................................................. - 71 -3.3.1乙苯在CO2下制苯乙烯....................................... - 71 -3.3.2乙苯、乙烷法制苯乙烯...................................... - 71 - 第4章、总结........................................................... - 73 - 参考文献............................................................... - 75 - 致谢................................................................... - 77 - 附录一：外文文献....................................................... - 79 - 附录二：外文文献翻译................................................... - 83 -年产10万吨乙苯脱氢制苯乙烯反应器的设计摘要苯乙烯是石油化工生产中重要的基本原料之一，可用于生产PS、丁苯橡胶等诸多化工产品。
