年产10万吨苯乙烯生产工艺

1、目录摘要第 一 章绪 论 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3- 1 苯 乙 烯 的 用 途 及 其 在 工 业 上 的 重要 性 - -3- 2 苯 乙 烯 在 国 内 外 发 展 现 状 与 前 景 - -4- 3国 内 外 苯 乙 烯 的 生 产 工 艺 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6- 第 二 章生产 工 艺 说明 - -10- 1 反 应 原理 - -10- 2 工 艺 条件 - -10- 3 工 艺 流程 - -12- 第 三 章物料 及 热 量衡

2、算 - -16- 1 计 算 依据 - -16- 2 物 料 衡算 （ 脱 氢 反应 器 ） - -17- 3 热 量 衡算 ( 脱 氢 反应 器 )- -19- 第 四 章乙苯 蒸 出 塔计 算 - -23- 1 乙苯蒸 出 塔 操作 条 件 的确 定 - - -23- 2 理论板 数 的 计算 - -25- 第 五 章苯 乙 烯 产 品 规 格 及 安 全、 储 运 - -27- 参 考 文 献- -29- 致谢摘要本 设 计 的依 据 是 采 用 低 活 性 、 高 选 择 性 催 化 剂 ， 参 照badger 公 司生 产 苯乙烯 的 技 术， 以 乙 苯脱 氢 法 生产 苯 乙 烯

3、。乙苯 脱氢 反 应 在绝 热 式 固定 床 反 应器 中 进 行，反 应 具有 以 下特点 ：1） 转 化 率高 ， 可 达55%； 2） 选 择 性好 ， 可 达90%。采用 这种 脱 氢 反应 器 系 统，整 个 脱氢系 统 的压 力 降 小，可 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 ，另 外 还 不 损失 压 缩 能和 投 资费用 。所 需 催 化剂 用 量 少；反 应 器体 积 较 小，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 。

4、 本设计装置主要由脱氢反应部分和精馏、回收部分两个工序系统所组成。关 键 词 ：脱氢 ; 绝热 式 ; 精馏 与 回 收; 苯乙 烯 ; 物 料 衡 算第 一 章绪论1 苯乙 烯 的 用途 及 其 在工 业 上 的重 要 性1.1 用 途1苯 乙烯 是 一种 重 要 的有 机 化 工原 料 ，它 主 要 用 于生 产 聚苯乙 烯树 脂 （ ps） 、 丙 烯 腈- 丁 二 烯- 苯 乙 烯 （abs） 树脂 、苯乙 烯 - 丙 烯 腈 共 聚 物 （ san） 树 脂 、 丁 苯 橡 胶 和 丁 苯 胶 乳（sbr/sbr 胶乳） 、离 子 交 换树 脂 、不 饱 和 聚酯 以 及 苯乙 烯

5、系热塑 性弹 性 体 （如sbs）等。 在 制药 上 ， 它主 要 用 于制 造 一些西 药的 原 料 成分 ，例 如：2- 溴苯乙烯原料药的主要成分就是苯乙烯。 在选 矿 时 ，它 还 可 以用 做 选 矿药 剂 的 制造 。例 如 ：在选矿 中最 主 要 的药 剂lf 型锡 石 细泥 捕 收 剂（ 苯 乙 烯膦 酸 ）的主 要原 料 也 是苯 乙 烯 。此 外 ，它 还可 以 制 造 guioy 型农 药 。所以 说苯 乙 烯 的用 途 十 分广 泛 。1.2 苯 乙 烯 在工 业 上 的重 要 性1苯 乙烯 简 称 sm ，是 石 化行 业 的 重要 基 础 原料 。苯 乙 烯 系列树

6、脂的 产 量 在世 界 合 成树 脂 中 居第 三 位 ，仅 次 于 pe、pvc。苯 乙 烯 的 均 聚 物 聚 苯 乙 烯 (ps) 是 五 大 通 用 热 塑性 合 成 树脂之 一，广 泛用 于 注 塑制 品 、挤 出 制品 及 泡 沫制 品 3 大 领 域 ，近年 来需 求 发 展增 长 旺 盛。苯 乙 烯、丁 二 烯和 丙 烯 腈共 聚 而成的 abs树 脂 是用 量 最 大的 大 宗 热塑 性 工 程塑 料 ，是 苯 乙 烯系列 树脂 中 发 展与 变 化 最大 的 品 种，在电 子 电 器、仪器 仪 表 、汽车 制造 、 家 电、 玩 具 、建 材 工 业等 领 域 得到 了 广

7、 泛应 用 。中国 已经 成 为 世界 abs最大 的 产 地和 消 费 市场 之 一 。丁 苯 橡胶是 丁二 烯 与 苯乙 烯 共 聚，是 最 大的通 用 合成 橡 胶 品种 ，也是最 早实 现 工 业化 生 产 的橡 胶 之 一。丁 苯 胶的 年 耗 用量 占 合成 橡 胶 的首 位 。 由 苯乙 烯 还 可 以 生 产 的丙 烯 腈 - 苯 乙 烯 二 元共聚 物（ san） 、不 饱 和 树脂 （ upr ） 、 丁 苯 橡胶（ sbr） 、丁 苯胶乳 （sbl） 、 热塑 性 丁 苯橡 胶sbs）等 产 品， 可 以 说苯 乙 烯是化 学工 业 中 最重 要 的 单体 之 一 。2

8、苯 乙 烯在 国 内 外发 展 现 状与 前景2.1 苯 乙 烯 在国 外 发 展现 状 与 前景2苯乙 烯在 现 今 社会 已 经 开始 迅 速 发展 ，各 种 工 业产 品 基本上 都有 或 多 或少 需 要 苯乙 烯 单 体，苯 乙 烯的 年 消 费量 也 在逐年 增加 。 以 下是 世 界 苯乙 烯 的 消费 量 与 产量 对 应 图表 。图 表 1.1图 表 1.1由 图 表 可知 ， 世 界苯 乙 烯 消费 量 以 年均 约4.2%的 速 度增长 ，预 计 到 2010 年 总 消费 量 将 达到 约 3503.0万 吨。预 计到 2010 年 ，在 全球 苯 乙 烯主 要 的 下

9、游 衍生 物中，聚 苯 乙 烯 、0.00500.001000.001500.002000.002500.003000.003500.00万2005年2007年2009年年消费量年产量abs/san、sbr及 其胶 乳 、不 饱 和 聚酯 树 脂 以及 苯 乙 烯共 聚 物消耗 苯乙 烯 的 比例 将 分 别达 到 约 62.3% 、16.6% 、8.9%、4.6%和 2.2% 。预计 2010-2015年 世 界 对苯 乙 烯 的需 求 量 将以 年 均约 2.0% 的 速度 增 长，到 2015 年总 消费 量 将 达到 约 3314.0万吨。2.2 苯 乙 烯 在 国 内发 展 现 状与

10、 前 景2我国 的苯 乙 烯 发展 起 步 较晚 ，但 是由于 我 国人 口 较 多，消 费量也 在逐 年 增 加， 所 以 我国 也 在 大力 发 展 苯乙 烯 生 产能 力 。以下 是我 国 苯 乙烯 的 年 消费 量 与 产量 的 对 应图 表 。01002003004005006007002005年2006年 2007年 2008年 2009年万年消费量年产量图 表 1.2 由 图表 可 知，我国 苯 乙 烯消 费 量 以年 均 约 3.7% 的速 度 增长， 预计 到 2010 年 我国 苯 乙 烯总 消 费 量将 达 到 约 653.0万吨 。 预 计2010-2015年 我 国

11、对 苯 乙 烯 的 需 求 量 将 以年 均 约1.7%的 速度 增长，到 2015 年 总 消 费量 将 达 到约 814.0万 吨 。而届 时我 国 苯 乙烯 的 生 产能 力 将 达到 800 万吨 ，这 样就 有 约14 万吨的 苯乙 烯 需 要进 口 。所 以 说 ，我 国 的苯 乙 烯 生产 能 力还需 要大 力 发 展。3 国 内 外 苯乙 烯的 生 产 工 艺3国 内外 苯 乙烯 的 生 产方 法 主 要有 乙 苯 脱氢 法 、环 氧 丙 烷- 苯 乙 烯 联 产 法 、 热解 汽 油 抽 提蒸 馏 回 收 法 、 丁 二 烯 合 成 法等。3.1 乙 苯脱 氢 法乙 苯脱 氢

12、 法10是 目 前国 内 外 生产 苯 乙 烯的 主 要 方法 ， 其生产 能力 约 占 世界 苯 乙 烯总 生 产 能力 的90%。 它 又 包括 乙 苯催化 脱氢 和 乙 苯氧 化 脱 氢两 种 生 产工 艺 。1） 乙苯催 化 脱 氢工 艺乙 苯 催 化脱 氢 是 工业 上 生 产苯 乙 烯 的 传统 工 艺 ，它 是 由美国 dow化 学 公司 首 次 开发 成 功 。目 前 典 型的 生 产 工艺 主 要有 badger工 艺 、abb鲁 姆 斯 /uop 工艺 以 及 basf工 艺等 。乙苯 催 化 脱 氢 法 的 技 术 关 键 是 寻 找 高 活 性 和 高 选 择 性 的

13、催 化剂。工 艺 上 开 始采 用 的 是锌 系 、 镁系 催 化 剂，后 来 逐渐 被 综合性 能更 好 的 铁系 催 化 剂所 替 代 。世 界 乙 苯脱 氢 催 化剂 的 研究正 在向 低 钾 含量 、低 水比 、具 有更 高 稳 定性 和 更 长运 转 周期的 方向 发 展 。2） 乙苯氧 化 脱 氢法乙 苯 氧 化脱 氢 技 术是 用 较 低温 度 下 的 放热 反 应 代替 高 温下的 乙苯 脱 氢 吸热 反 应 ，从 而 大大 降 低了 能耗 ，提 高了 效 率 。氧化 脱氢 反 应 为强 放 热 反应 ，在 热力 学 上 有利 于 苯 乙烯 的 生成。典 型 的 生产 工 艺

14、为苯 乙 烯 单体 先 进反 应器 技术（styrene monomer advanced reactor technology， 简称 smart 工 艺） 。该工 艺采 用 三 段式 反 应 器。一 段 脱 氢反 应 器中 乙 苯 和水 蒸 汽在脱 氢催 化 剂 层进 行 脱 氢反 应 ，在 出 口 物 流中 加 入 定量 的 空气或 氧气 与 水 蒸汽 进 入 两段 反 应 器，两 段 反应 器 中 装有 高 选择性 氧化 催 化 剂和 脱 氢 催化 剂 ，氧 和 氢 反 应产 生 的 热量 使 反应物 流升 温 ，氧 全 部 消 耗，烃 无 损失 ，两 段反 应 器 出口 物 流进入

15、三段 反 应 器 ，完 成 脱氢 反 应 。3.2 环 氧丙 烷 - 苯 乙烯 联 产 法环 氧丙 烷 - 苯 乙烯（ 简 称 po/sm）联 产 法 又称 共 氧 化，由halcon公 司 开发 成 功 ，并 于 1973 年在 西 班牙 首 次 实现 工 业化生 产。 在 130-160 、 0.3-0.5mpa下 ，乙 苯 先 在 液相 反 应器中 用氧 气 氧 化生 成 乙 苯过 氧 化 物，生 成 的乙 苯 过 氧化 物 经提浓 到17%后 进入 环 氧 化工 序 ， 在反 应温 度为110 、 压 力为 4.05mpa 条 件下 ，与 丙烯 发 生 环氧 化 反 应成 环 氧 丙烷

16、 和 甲基苄 醇。环 氧 化反 应 液 经过 蒸 馏 得到环 氧 丙烷 ，甲 基苄 醇 在260 、常压 条 件下 脱 水 生成 苯 乙 烯。3.3 热 解 汽 油 抽 提蒸 馏 回 收法从 石 脑 油、 瓦 斯 油蒸 汽 裂 解得 到 的 热 解汽 油 中 直接 通 过抽提 蒸馏 也 可 以制 得 苯 乙烯 。 gtc 技术 公 司开 发 了 采用 选 择性溶 剂的 抽 提 蒸馏 塔gt-苯乙 烯 工艺 ， 从 粗热 解 汽 油（ 来 自石脑 油、 瓦 斯 油和 ngl蒸汽 裂 解 ）直 接回 收苯 乙 烯 。提 纯 后苯乙 烯产 品 纯 度为99.9% ， 含 苯 基乙 炔 小 于 50p

17、pm。采 用 抽提 技 术 将 苯 乙 烯 回 收 ， 既 可 减 少 后 续 加 氢 过 程 中 的 氢 气 消耗，又 避 免 了 催化 剂 因 苯乙 烯 聚 合而引 起 的中 毒 ，也 增 产 了苯乙 烯。3.4 丁 二 烯 合 成 法dow 化 学公 司 和 荷兰 国 家 矿业 公 司 （dsm ） 都 在开 发 以丁二 烯为 原 料 合成 苯 乙 烯技 术 。 不久 即 将 实现 工 业 化生 产 。dow 化学 工 艺是 以 负载 在沸 石 上 的铜 为 催 化剂 ， 反 应在 装 有催化 剂的 固 定 床上 进 行 ，丁 二 烯 转化 率 为90%， 4- 乙烯 基 环己烯 （4-

18、vch） 的选 择 性 接近100%。之 后 的氧 化 脱 氢采 用 以氧化 铝为 载 体 的锡 / 锑催 化剂 ， 在 气相 中 进 行。 在1 个 月 的运转 期内 ，催 化剂 活 性 下降 了 一 半，此 时 在催 化 剂 床上 通 入氧气 使其 再 生 。该 反 应 在 0.6mpa 和 400 下 进行 ，苯 乙烯 的选择 性为 90%。本设计所采用的生产苯乙烯工艺是乙苯催化脱氢制苯乙烯。本工艺转 化率 为 35%-40%，选 择性 90%。此 法 相 对 于其 他 工 艺，转化率 和选 择 性 都比 较 低 ，但 是 本 设计采 用 新型 催 化 剂，使 其转 化 率 达到82%。

19、再 者 ， 此法 相 比 较具 有 设 备造 价 低 、生 产能 力 大 、技 术 成 熟 等优 点 。 环氧 丙 烷 - 苯乙 烯 联 产 法 的 转 化率为50%， 选 择性80%。它的 的 设备 投 资 比较 高 ， 只适 合 大规模 生产 。技 术尚 不 成 熟，不 适 应小 规 模 生产 。 而 热解 汽 油抽提 蒸馏 回 收 法 的转 化 率90%， 选择 性45%。 该 法 技术 相 比较落 后，加 之 选择 性 较 低，产 率 没有 本 设 计所 采 用 的方 法 的产率 高。 丁 二 烯合 成 法 的转 化 率 90%，选 择 性 100%。此 法相比较 产量 比 较 大，但

20、 是 用此 法 生 产，生 成 的副 产 物 较多 ， 不适应 小规 模 生 产。 所 以 本设 计 采 用乙苯催化脱氢制 苯乙 烯 。第 二章生产 工 艺流 程1 反 应 原理4主 、 副 反应主反 应：c6h5c2h5c6h5chch2 + h2 h87 3k=1 25 kj / mol副反 应：如裂解反应和加氢裂解反应：c6h5c2h5 + h2c6h5ch3 + ch4 h8 73 k= - 6 4. 5kj / mol c6h5c2h5 + h2c6h6 + c2h6 h8 73 k= - 4 1. 8kj / mol c6h5c2h5c6h6 + c2h4 h873k=102kj

21、/ mol高温裂解生碳： c6h5c2h58c + 5h2 h8 73k= - 1. 7 2kj / mo l在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应： c6h5c2h5 + 16h2o 8co2 + 21h2 h873k=793. 4kj/ mo l2 工 艺 条件42.1 反 应 温 度乙 苯脱 氢 反应 为 可 逆吸 热 反 应。从 热 力学 分析 可知 ，升高反 应温 度 ，反 应 平 衡 常数 增 大 ，乙 苯 平 衡转 化 率 提高 ， 苯乙烯 平衡 收 率 提高 ；从 动力 学 分 析，反 应 温度 升 高 ，反 应 速度加 快， 乙 苯 转化 率 提 高， 副 产 物提 高 ， 苯

22、乙 烯 产 率下 降 。则本 设计 采 用 温度 为 873k。2.2 反 应 压 力和 水 蒸 气用 量a. 反 应 压力乙 苯脱 氢 反应 是 一 个气 体 分 子数 增 多 的可 逆 反 应，理 论上， 低压 有 利 于乙 苯 平 衡转 化 率 及苯 乙 烯 平衡 收 率 的提 高 。但是 ，真 空 条 件下 进 行 高温 操 作 易燃易 爆 物料 ，在 工业 生 产中不 安全 。为 解决 这 一 矛盾 ，本 设计 采 用 通入 过 热 水蒸 气 的方法 。这 样 ， 既降 低 了 反应 组 分 的分压 ， 推动 了 平 衡的 有 利移动 ，又 避 免 了真 空 操 作， 保 证 了反

23、应 的 安全 运 行 。b. 水 蒸 气用 量水 蒸气 用 量增 多 ，乙 苯 平 衡 转化 率 提 高。而 当 水蒸 气 与乙苯 的用 量 摩 尔比 超 过 9 时 ，乙 苯转 化 率 已无 明 显 提高，而能量 消耗 更 增 大，设 备 生产 能 力 降低。所 以本 设 计 采用 水 蒸气与 乙苯 的 配 比为 2。2.3 催 化剂4乙 苯脱 氢 工艺 过 程 的关 键 技 术是 催 化 剂。可 以 说催 化 剂的 性 能 决定 了 乙 苯 的转 化 率 和 生 成 乙 苯的 选 择 性 、蒸 汽 / 烃比、液 体 时 空 速、运 转 周期 等 ，也就 是 说 催化 剂 的 性能 决 定了

24、脱 氢过 程 的 经济 性 。表 2.1 主 要 牌 号 乙 苯 脱 氢 制 苯 乙 烯 催 化 剂 的 工 艺 指 标牌号乙苯转化率 /% 苯乙烯选择性 /% 催化剂寿命 /a 美国 g84c g64 shell 德国 basf催化剂前苏联 k-24 前苏联 k-26 上海石化院gs01,05 兰化公司 t315 65 56 56 -60 70-75 75 60 55 96.7 91 90 93 90 90 95 90 1.5-2 1.5-2 1.5-2 1.5 1.5 1.5 1.0 本 设计 采 用的 催 化 剂为 gs-01 脱氢催 化剂 ，在 873k、水蒸气 与乙 苯 的 配比 为

25、 2 的 条 件下 ， 乙 苯转 化 率达 60%， 苯 乙烯选 择性 为 95%-96%，亦 达 到 当代 世界 先进 水 平 。3 工 艺 流程3.1 乙 苯 脱 氢 反 应器 工 艺 流程 的 选 择5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，它 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 ，它 所 需 要的 热 源 是由

26、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 别有以 下两 点 ： 1、脱 氢 部 分的 水 蒸 气用 量 不 同； 2、热量 的 供给和 回收 利 用 方式 不 同 。3.1.1 多管 等 温 反应 器 脱 氢部 分 的 工艺 流 程多 管 等 温 反 应 器 是 由 许 多 耐 高 温 的 镍 铬 不 锈 钢 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。采 用 多管 等 温 反应器 脱 氢时 的 优 点是 ： 1）水 蒸 气 的消 耗 量 约 为绝

27、热 式 反 应 器 的 二分 之 一 ； 2） 乙 苯 转化率 高，苯 乙烯 的 选 择性 高 。但 是 等温 反 应 器存 在 结构 复 杂 ，而且 需要 大 量 的特 殊 合 金钢 材 ， 反应 器 制 造费 用 高 等缺 点 ，因此 ，大 规 模 的生 产 装 置， 都 采 用绝 热 型 反应 器 。3.1.2 绝热 型 反 应器 脱 氢 部分 的 工 艺流 程由 于脱 氢 反应 需 要 吸收 大 量 的热 量 ，所 以 反 应 器的 进 口温度 必然 比 出 口温 度 高 。绝 热 反 应器 的 进 出口 温 度 差可 以 达到 65。这 样 的温 度 分 布对 于 脱 氢反 应 速

28、度和 反 应 选择 性 都会产 生不 利 的 影响 。脱 氢反 应 器 进口处 乙 苯浓 度 最 高，由 于温度 高就 有 比 较多 的 平 行副 反 应 发生 ，从 而使 它 的 选择 性 下降。脱 氢 反 应器 出 口 温度 低 ，对 平衡 不利 ，使 反 应 速度 减 慢 ，限制 了转 化 率 的提 高 ，所 以 绝 热 反应 器 脱 氢，不 仅 转化 率 比较低 ，选 择 性 也比 较 低 。绝 热 反 应器 脱 氢 时具 有 以 下优 点 ：1） 结 构 简单 ， 设 备 造 价 低 ；2）工 艺 流 程 简 单 ， 生 产 能 力大；同 时 绝 热 反应 器 脱 氢有 ：反 应器

29、进 出 口温 差 大 ；转 化 率比较 低; 选 择 性 也比 较 低 等缺 点 。为 了克 服 绝热 反 应 器进 出 口 温差 大 、 转化 率 低 等缺 点 。本设 计采 用 了 径向 绝 热 反应 器 脱 氢技 术 。这 种 反 应 器制 造 费用比 等温 反 应 器便 宜 ，水 蒸 气 的 用量 比 一 般绝 热 反 应器 的 用量要 少， 温 差 也小 ， 乙 苯转 化 率 可达 到60%以 上 ， 选择 性 也比较 高。本 设 计采 用 的 绝热 反 应 器，对 前 面提 到 的 过热 水 蒸气消 耗量 大 、乙 苯 转 化 率低 和 苯 乙烯选 择 性 差 等 缺 点，得 到了

30、比 较好 的 解 决。图 2.1 为 本 设 计采 用 的 三段 绝 热 式径 向 反应器 结构 示 意 图。它 的 每一 段 都 由混 合 室 、中 心 室 、催 化 剂室和 收集 室 组 成。具 体 工艺 流 程 为：乙 苯 蒸气 与 一 定量 的 过热水 蒸气 首 先 进入 混 合 室，充 分 混合以 后 ，由 中 心 室通 过 钢板制 的圆 筒 壁 ，喷 入 催 化剂 床 层 。脱 氢 产 物经 过 钢 板制 外 圆筒 ， 进入 反 应 器的 收集室 。然 后 再进 入 第 二混 合室 ，再与 过 热水 蒸 气 混合 ，经过 同样 的 过程 ，直到 反 应器 的 出口 。图 2.1 三

31、 段 绝 热 式 径 向 反 应 器1 混 合 器 ； 2 中 心 室 ；3 催 化 剂 室 ； 4 收 集 室3.2 脱氢产物粗苯乙烯的分离与精制5脱氢产物粗苯乙烯（也称为脱氢液和炉油），它除了含有产物苯乙烯以外，还含有没有反应的乙苯和副产物苯、甲苯及少量焦油。因为脱氢方法和操作条件的不同，各组分沸点相差较大， 所以可以用精馏的方法分离。其中乙苯- 苯乙烯的分离是最关键的部分，由于两者的沸点只差 9，分离时要求的塔板数比较多，所以除了在精馏塔内加阻聚剂以外，必须采用减压操作。粗苯乙烯的分离和精制流程见图2.2 所示。粗苯乙烯先进入乙苯-苯乙烯分离塔，将没有反应的乙苯、副产物苯和甲苯与苯乙烯进

32、行分离。塔顶蒸出的乙苯、苯和甲苯经过冷凝后，一部分回流，其余送入苯、甲苯回收塔，将乙苯与苯、甲苯分离，塔底分出的乙苯可循环作脱氢原料用。塔顶分出的苯和甲苯，送入苯、甲苯分离塔，将苯和甲苯进行分离。 乙苯蒸出塔塔底液体主要是苯乙烯，还含有少量焦油， 将它们送入苯乙烯精馏塔， 塔顶蒸出聚合级苯乙烯， 纯度为 99.6%（质量） 。塔底液体为分离出来的焦油，焦油里面含有苯乙烯，可进一步进行回收。图 2.2 粗 苯 乙 烯 的 分 离 和 精 制 流 程1- 乙 苯 - 苯 乙 烯 分 离 塔2- 苯 、 甲 苯 回 收 塔3- 苯 、 甲 苯 分 离 塔4- 苯 乙 烯 精 馏 塔第 三章物料 及

33、热 量衡 算1 计 算 依据6. 原料组成（质量 % ） ：乙苯： 99% 甲苯：0.8% 苯：0.2% . 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：反应器进口温度630，出口温度 580压力 p：床层平均操作压力1.5 105 pa . 催化剂条件：1）采用 gs-01 新 型脱 氢 催化剂， d=3mm ，h=13mm 2）允许通入乙苯空速为：（0.50.9 ）nm3乙苯/(m3cath) . 参考数据：1）反应器直径 d=2 m 2）取热损失为反应热为4% 3

34、）k=exp(11.281-2545/rt) 4）k=exp(15.344-14656.5734/t) 5）cat 的有效系数1=0.7 2=0.667 . 填料情况：取瓷环为2525 的拉西环，所填高度为250mm ，锥形高度为250mm ，锥角取 900. 压力：第一反应器进口压力为1.8 105 pa，出口压力为1.2 105pa，平均压力为 1.5 105 pa，压降 p=0.6 105 pa。. 再沸器：取热损失为水蒸汽放出热量的3% ，q蒸汽=q吸/ （1-3%）. 计算依 据 ：水蒸汽作稀释剂，水蒸汽和乙苯质量比为2.6 ：1 反应压力为150000pa （绝），反应温度为 58

35、0，反应器进口温度630, 乙苯总转化率为 55% 。 为简化计算，假定：1） 反应混合原料组成： 乙苯： 99%，甲苯： 0.8%，苯： 0.2%，混合原料中不含其它二甲苯。2）水蒸汽为惰性组分，不发生水蒸汽转化反应，并且无结焦反应。3）冷凝液经油水分离器分离成水和有机混合物，水中夹带芳烃量为500mg/l，夹带芳烃组成同有机混合物相同。有机混合物中水量很少可忽略。 4 ）阻聚剂加入量为有机混合物量的0.03(w%)。 5 ）精馏塔塔顶苯乙烯回收率大于 95% 。精馏塔真空操作，塔顶压力50mmhg。 。2 物料衡算（脱氢反应器）7a、假设以 10000kg/h 原料进料为基准，则反应器进料

36、g2：甲苯：100000.8%=80kg/h ， 80/92=0.87kmol/h；乙苯：1000099%=9900kg/h ， 9900/106=93.396kmol/h ；苯：100000.2%=20kg/h， 20/78=0.256kmol/h；b、 进反应器的蒸汽量 g1， 由于原料烃 / 水蒸汽 =1/2.6 （质量比）则：乙苯：99002.6=25740kg/h 25740/18=1430kmol/h c、 反应器的出料：反应器的出料 g3：据化学反应式c6h5c2h5c6h5chch2+ h2； 乙苯总转化率55，选择性 90；则：(1) 生成的苯乙烯： 93.39690% （

37、1-4.66%）55%=44.077kmol/h (2) 生成的 h2量： 44.077 kmol/h 副反应：据化学反应式 c6h5c2h5c6h6 + c2h4 ； 选择性为 3% 时则：(1) 生成的苯：93.39655% 3% （1-4.66%）=1.469kmol/h (2) 生成的乙烯： 1.469 kmol/h (3) 出料中的苯量： 1.469+0.256=1.725kmol/h 据化学反应式 c6h5c2h5 + h2c6h5ch3 + ch4；选择性为 7% 时则：(1) 消耗 h2量：93.39655% 7% （ 1-4.66%）=3.428kmol/h (2) 生成的甲

38、苯量： 3.428 kmol/h (3) 生成的甲烷量 3.428kmol/h 则反应器出口的物料组成乙苯93.396(1 - 4.66%)(1 -55%)=40.07 kmol/h 苯乙烯 44.077kmol/h 甲苯3.428+087=4.298kmol/h 苯 1.469+0.256=1.725 kmol/h 乙稀 1.469 kmol/h 甲烷 3.428 kmol/h 氢气 44.077-3.428=40.649kmol/h 反应器出口的有机混合物质量组成如下表：表3.1 kg/h w%乙苯：40.07106=4247.4245.372苯乙烯：44.077104=4584.0084

39、8.967甲苯：4029892=395.4164.224苯：1.72578=134.551.437合计：9361.394 100.003 热量衡算73.1 各物质 cp=f（t）1）查化工热力学，计算公式：cp/r=a+bt+ct2（kj/kmol k ）表 3.2序号物 质名称a103b106c1甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.064-13.3105甲苯0.29047.052-15.7162）查化工计算， cp=a+b10-2t+c10-5t2+d10-9t3（kj/kmol k）表

40、 3.3序号物质名称abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氢气6.953-0.0460.096-0.213）查汽化潜热表表 3.4名称甲苯乙苯苯苯乙烯数值37.9942.2633.8540.8304）各物质 hfi（ kj/mol ）表 3.5 名称甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氢气hf0-74.8552.26103.982.950.0025.7903.2 计算（a）带入反应器热 ( 以 25为基准 ) 1）蒸汽带入： q1=m （h1-h0）2）反应物带入： q2=h1+hv由设计要求知： t1=630，故取 t= （t1+t0）/2+273.15=60065k，根据物质

41、 cp表可计算：乙苯：cp平均= a+b 10-2t+c 10-5t2 +d10-9t3=236.048 （kj/kmol k ）苯乙烯：cp平均= a+b 10-2t+c 10-5t2 +d10-9t3=217.714 （kj/kmol k ）甲苯： cp平均= a+b 10-2t+c 10-5t2 +d10-9t3=190.239 （kj/kmol k ）cp m平均=yi cp i 平均=235.971 （kj/kmol k ）hv=nihvi=3.987 106 (kj/h) h1= n反应物 cp m平均(t-t0)+ ni hvi=1.746 107 (kj/h) （b）带出反应器

42、热量1) 反应吸收热量： q吸=hr乙苯脱氢反应在装有铁系催化剂的固定床反应器中进行，反应方程为：主反应c6h5c2h5c6h5chch2 + h2(a) 副反应c6h5c2h5c6h6+ c2h4 (b) c6h5c2h5 + h2c6h5ch3 + ch4 (c) 由各物质 hf 列表可得：对于(a) 反应： hr 1=103.9-25.79=78.11 kj/mol 对于(b) 反应： hr 2=82.9+52.26-25.79=109.37 kj/mol 对于(c) 反应： hr 3=50-74.85-25.79=-50.64 kj/mol 由物料衡算可得： (a) 反应中转化乙苯：

43、44.07kmol /h ；(b) 反应中转化乙苯： 1.469kmol /h ；(c) 反应中转化乙苯： 3.428 kmol /h；hr=ni hvi=3.43106 (kj/h) 2）反应物带出热量： q3=hv”+h21、 hv”=nihi=3.871 106 (kj/h) 2、 h2= n cp m平均(t2-t0) cp m平均=yi cp i 平均根据 cp列表，累加得表 3.6序号名称ab110-3c110-6d110-91甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.392序号名称ab110-3c110-6d110-93苯乙烯2.05050.192-1

44、6.6624苯-0.20639.06-13.3015甲苯0.29047.05-15.7166乙苯-8.398159.35-100.0323.957氢气6.953-0.0460.096-0.21合计3.815319.081152.16923.74 cp m 平均=3.185+0.319 t-1.52 10-4t2+2.3710-8t3（c）蒸汽带出热量： q4=m （h2-h0）第 四 章乙 苯 - 苯乙 烯 分 离塔 计 算1乙苯苯乙烯分离塔操作条件的确定81.1 塔顶温度的确定已知乙苯苯乙烯塔顶压力为185mmhg，具体步骤如下：假设温度，计算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯之蒸汽压由 ki=pi/p

45、d计算出 ki ，由 xi=ydi/ ki计算出 xi ，计算 xi是否等于 1，若是，则假设成立，否则重新假设温度，重复上述计算。饱和蒸汽压计算公式 (安托因方程 )8：lnp=ab/(t+c) 苯：a=15.9008 b=2788.51 c=52.36 甲苯： a=16.0137 b=3096.52 c=53.67 乙苯： a=16.0195 b=3279.47 c=59.95 苯乙烯： a=19.0193 b=3328.57 c=63.72 焦油： a=19.0193 b=3328.57 c=63.72 设：td=40将 t=40+273.15 代入计算式，具体结果表4.1 如下：表 4

46、.1组成塔顶气相组成ydi mol%饱和蒸汽压（mmhg）ki=pi/pdaij苯2.82942.7785.0967.756甲苯8.28372.0212.0113.061乙苯88.66164.8230.8911.356苯乙烯0.24121.5700.6571合计100.00通过计算试差求得塔顶温度就可认为87.27。1.2 塔釜温度的确定已知乙苯苯乙烯塔底压力为261.44mmhg ，设：tw=40将 t=40+273.15 代入计算式，具体结果表4.2 如下：表 4.2组成塔釜气相组成ydi mol%饱和蒸汽压（ mmhg ） ki=pi/pd aij乙苯0.27343.999 1.3161

47、.316苯乙烯99.69261.313 0.999 1阻聚剂0.035261.3130.999 1合计100.00通过计算试差求得塔釜温度就可认为108.98。1.3 进料温度的确定9设进料为饱和液体，具体步骤同前，p=0.5(pd+pw)=0.5(1.05+1.4)=224.58 mmhg 具体计算结果如下表 4.3 ：表 4.3组成塔 进 料 气 相 组成 ydi mol%饱和蒸汽压（mmhg ）ki=pi/pd aij苯1.911270.815.6597.122甲苯4.77519.7262.3142.913乙苯44.43238.3361.0611.336苯乙烯48.87178.4360.

48、7951焦油0.02178.4360.7951合计100.00通过计算试差求得塔进料温度就可认为97.77。2、理论板数的计算10最小理论板数塔顶 ：a1=164.823/121.57=1.356 塔进料 ：a2=238.336/178.436=1.336 塔釜 ：a3=343.999/261.313=1.316 则：nm=lg(xa/xb)d/(xa/xb)w)/lgaab-1=43.6 a、实际回流比下的理论板数8因为泡点进料，所以q=1，根据恩特伍德公式8, 用牛顿迭代法8计算算出： 1-q=0 rm=9.341 按r=1.3rm所以： r1=5.166 nm=43.6 据吉利兰关系式得

49、出： y=0.75-0.75x0.5668x=r1-rm/r+1 y=n-nm/n+1 则：n=78.4 b、实际塔板数根据筛板塔的经验数据 ,全塔效率为 7080% ，我们取 75% 实际塔板数： n1=78.4/0.75=104 c、加料板位置的确定在泡点进料的情况下， 可以应用下面的半经验公式来确定精馏段和提馏段的板数。具体如下： m+n= n111式中： m 提馏段塔板数； n精馏段塔板数。d=46.02kmol/h、w=44.0413kmol/h xhf=0.4887 xlf=0.4443 xhd=0.0024 xlw=0.0027 n/m=(44.0413/46.02)(0.4887/0.4443)(0.0027/0.0024)20.206=1.061 m+n=104 解之得： m=50.5=51(提馏段板数 ) 、n=104