【正文】 atm） 其中： A=， B=； 因此，溫度升高， EB轉(zhuǎn)化為 SM的轉(zhuǎn)化率亦隨之升高。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。但它還能生產(chǎn)重要的有機(jī)化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價(jià)值，故目前國外也有采用此法生產(chǎn)的。 各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及比較 目前苯乙烯主要由乙苯轉(zhuǎn)化而成，可通過如下四條工藝路線進(jìn)行。 苯乙烯（ SM）是合成高分子工業(yè)的重要單體，它不但能自聚為聚苯乙烯樹脂，也易與丙烯腈共聚為 AS 塑料，與丁二烯共聚為丁苯橡膠，與丁二烯、丙烯腈共聚為 ABS 塑料，還能與順丁烯二酸酐、乙二醇、鄰苯二甲酸酐等共聚成聚酯樹脂等。 苯乙烯（ SM）具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強(qiáng)，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。 苯乙烯在空氣中允許濃度為 。 distillation 9 一、 緒論 苯乙烯的性質(zhì)和用途 苯乙烯（ SM）是含有飽和側(cè)鏈的一種簡單芳烴，是基本有機(jī)化工的重要產(chǎn)品之一。 styrene。 在進(jìn)一步模擬分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)該塔進(jìn)行了一系列的優(yōu)化操作，通過調(diào)整精餾塔的操作壓力與回流比等工藝系數(shù)，使得該塔的分離效果達(dá)最終達(dá)到甚至超過設(shè)計(jì)指標(biāo)，裝置的生產(chǎn)能力得到大幅度的提高。 通過制定工藝操作方案，搜索和考察了各種不同工藝條件對(duì)操作狀況的影響，并通過冷模實(shí)驗(yàn)，模擬軟件計(jì)算，通過操作數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，找出了該塔存在的問題，分析了問題產(chǎn)生的原因。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙烯和焦油。 本設(shè)計(jì)主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。是活性組分、 K2O 是活性促進(jìn)劑， K2O 的引入使鐵系催化劑的活性有了顯著提高，可以在較低的水比下應(yīng)用，但 K2O 含量過高存在著鉀的流失問題。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 .為了解決催化劑在使用過程中存在的問題，作者采用固定床反應(yīng)器，以自制的高鐵低鉀氧化鐵為催化劑，考察反應(yīng)溫度、進(jìn)料比和催化劑活性對(duì)乙苯轉(zhuǎn)化率、苯乙烯選擇性和苯乙烯收率的影響，確定了最佳的工藝條件。乙苯脫氫反應(yīng)在絕熱固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)物送至精餾工序。 工藝計(jì)算包括主反應(yīng)器和精餾塔的物料衡算以及熱量衡算。在此基礎(chǔ)上，提出了乙苯 /苯乙烯分離塔 6 的改造方案 。塔頂苯乙烯含量小于 1%，塔釜乙苯含量小于 %,苯乙烯產(chǎn)品純度達(dá)到 %以上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 distillation。苯乙烯為 無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。濃度過高、接觸時(shí)間過長則對(duì)人體有一定的危害。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對(duì)稱取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。由苯乙烯共聚的塑料可加工成為各種日常生活用品和工程塑料，用途極為廣泛。 苯乙酮法 較早采用苯乙酮法生產(chǎn)苯乙烯，其步驟主要分為氧化、還原和脫水三步，方程式如下： C6H5C2H5 + O2 → C6H5COCH3 + H2O 10 C6H5COCH3 + H2 → C6H5CHOHCH3 C6H5CHOHCH3 → C6H5CHCH2 + H2O 該法苯乙烯產(chǎn)率 為 75～ 80%，略低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率，但中間副產(chǎn)物苯乙酮產(chǎn)值較高，苯乙烯的精制分離較容易。 乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫法是目前尚處于研究階段生產(chǎn)苯乙烯的方法。 乙苯催化脫氫法 這是目前生產(chǎn)苯乙烯的主要方法，目前世界上大約 90%的苯乙烯采用該方法生產(chǎn)。 EB/SM 混合物還進(jìn)行一些不 受平衡控制的初級(jí)反應(yīng)（副反應(yīng)），其中首要的是脫烴反應(yīng)，特性如下： C6H5C2H5=C6H6+C2H4 12 C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4 其他反應(yīng)生成少量的α — 甲基苯乙烯（ AMS）和其他高沸物。在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中應(yīng)該記住 ：在接近反應(yīng)平衡時(shí) SM 停止生成，而苯和甲苯卻繼續(xù)生成，實(shí)際上并沒有限度。在一般設(shè)計(jì)中，在第一個(gè)三分之一的催化劑床層上，約有 80%的溫降產(chǎn) 生。 相對(duì)于 EB 進(jìn)料而言，催化劑數(shù)量對(duì)優(yōu)化操作起著重要的作用。本設(shè)計(jì)裝置擬采用的正是此種催化劑。較低的壓力將使 EB 轉(zhuǎn)化較高，同時(shí)選擇性也不受太大的影響。其結(jié)果是對(duì)于一定的 EB 轉(zhuǎn)化而言，溫度降低很多，在同樣的入口溫度下 EB 轉(zhuǎn)化更多。但是，如果出料被再加熱到第一級(jí)入口溫度 ，混合物便無法平衡。因此，本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)反應(yīng)器以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。大部分 EB 反應(yīng)生成 SM（受平衡限制）和少量副產(chǎn)品。調(diào)節(jié)冷凝器中的冷凝液也流向有機(jī)混合物 /水分離器。 工藝?yán)淠河帽脡核椭劣脕沓A帶有機(jī)物的撇沫罐。從調(diào)節(jié)冷卻器出來的未冷凝氣體為脫氫廢氣，含有氫、二氧化碳、甲烷和大量的芳烴。含有 %(W)甲苯的 EB回收塔塔底產(chǎn)品循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)； EB回收塔塔頂產(chǎn)品，即苯 甲苯混合物以及不足%(W)EB 被送入苯 /甲苯分離塔，苯 /甲苯分離塔將其分離為含約 %(W)甲苯的塔頂產(chǎn)品和含約 %(W)苯的塔底甲苯產(chǎn)品。蒸發(fā)器蒸發(fā)揮 發(fā)物并將其送回到 SM塔底。 A、乙苯 /苯乙烯分離塔（ T101） EB/SM 分離塔是一臺(tái)篩板塔塔，在真空下（塔頂絕壓為 180～ 200mmHg）運(yùn)行操作。有機(jī)混合物進(jìn)料從有機(jī)混合物 /水分離器由泵送至 EB/SM分離塔。該塔再沸器 所需的熱能由 350kPa 的壓力的蒸汽所提供。該塔的 第二個(gè)目的是將該塔釜液經(jīng)薄膜蒸發(fā)器汽提后，可生產(chǎn)出苯乙烯焦油，其中，苯乙烯和α 甲基苯乙烯含量相加 16 不超過 16%(W)。 C、甲苯 /乙苯回收塔（ T201） EB回收塔是一座有 40層塔板的 帶壓塔。 EB 回收塔的塔頂物流送入該塔，在設(shè)計(jì)回流比為 ～ ，分離出約含 %(W)的甲苯的苯塔頂產(chǎn)品和約含 %(W)的苯的甲苯塔釜產(chǎn) 品。苯 /甲苯分離塔的關(guān)鍵部位是位于第三填料床層下的溫度控制，每單位床層高度的溫度變化率在此達(dá)到最大限度。 假設(shè)氣化率 V（ ～ ），由公式 ? ?? ?11 ??? i ifi kv xx求出 Xi， 利用 ∑ Xi=1，檢驗(yàn)所設(shè)的 V是否正確。 ∑ 進(jìn)料 =+++ =∑ 出料 =++ =由上可知所以計(jì)算平衡 苯、甲苯蒸出塔的物料衡算 ① 塔頂量及其組成： 苯、甲苯在分離系統(tǒng)全部在苯、甲苯蒸出塔塔頂蒸出 塔頂總量 =未溶量中苯、甲苯量之和 /99% =（ +） /99% 29 = kg/hr 乙苯量 =塔頂總量 1% = 1% =② 塔釜量 =循環(huán)乙苯量 = 99% =乙苯總損失量 =出反應(yīng)器的乙苯量－循環(huán)中純乙苯量 = 99% =③ 乙苯抽空損失 =總損失量－尾氣帶走量－油水分離器帶走量－苯、甲苯蒸出塔帶走量－產(chǎn)品中帶走量 = =④進(jìn)料量 及其組成： 乙苯 =塔釜量＋塔頂量 =+ =苯、甲苯與塔頂量相同，二甲苯、苯乙烯與塔釜量相同 苯： kg/hr 甲苯： 二甲苯： kg/hr 苯乙烯： ⑤ 苯、甲苯蒸出塔物料衡算表 組成 進(jìn) 料 塔 頂 塔 釜 kg/hr wt% kg/hr wt% kg/hr wt% 乙苯 苯乙烯 0 0 二甲苯 0 0 甲苯 0 0 苯 0 0 30 ∑ 苯乙烯初餾塔物料衡算 ① 塔釜量：（與苯乙烯精餾塔進(jìn)料量相同） （列表） 組成 苯乙烯 乙苯 二甲苯 焦油 ∑ kg/hr ② 苯乙烯初餾塔乙苯抽空損失：（乙苯在苯 乙烯初餾塔中抽空損失占總抽空損失的 25%） 苯乙烯初餾塔乙苯抽空損失 = 25% =③ 苯乙烯初餾塔苯乙烯抽空損失：（在苯乙 烯初餾塔中抽空損失占總抽空損失的 25%） 苯乙烯初餾塔苯乙烯抽空損失 = 25% =（ kg/hr） ④ 苯乙烯初餾塔總抽空損失 =該塔苯乙烯抽空損失＋該塔乙苯 抽空損失 =+ =（ kg/hr） ⑤ （ 苯乙烯占塔頂組成的 40%， 乙苯占 60%） 進(jìn)料量（ F） =塔頂量（ D）＋ 塔釜量＋苯乙烯初餾塔總抽空損失 F=D++（ Ⅰ） 對(duì)苯乙烯物衡： － (塔釜送出焦油量－進(jìn)塔的焦油量 ) 208/210=＋ 塔釜苯乙烯量＋苯乙烯初餾塔苯乙烯抽空損失 即 － (油 出 －油 進(jìn) ) 208/210=++（Ⅱ） 其中 : (塔釜送出焦油量－進(jìn)塔的焦油量 )= 未溶量（油層 中苯乙烯量）（ %－ %） (油 出 －油 進(jìn) )=（ %－ %） = 31 聯(lián)立方程 （ Ⅰ）（Ⅱ）解得 塔頂量 D 和進(jìn)料量 F D=（ kg/hr） F=（ kg/hr） ⑥進(jìn)料量 F: 焦油量 =未溶量（油層中苯乙烯量） % = % =（ kg/hr） 苯乙烯量 = = =（ kg/hr） 乙苯量 =塔釜乙苯量＋塔頂乙苯量＋苯乙烯初餾塔乙 苯抽空損失 =++ =（ kg/hr） ⑦ 苯乙烯初餾塔物料衡算表 組成 進(jìn) 料 塔 頂 塔 釜 抽空量kg/hr kg/hr wt% kg/hr wt% kg/hr wt% 苯乙烯 乙苯 二甲苯 0 0 0 焦油 0 0 0 ∑ 32 乙苯蒸出塔的物料衡算 ① 塔釜量 =苯乙烯初餾塔 進(jìn)料量（列表） 組成 苯乙烯 乙苯 二甲苯 焦油 ∑ （ kg/hr） ②塔頂量 =苯、甲苯蒸出塔 進(jìn) 料量（列表） 組成 乙苯 苯乙烯 二甲苯 甲苯 苯 ∑ （ kg/hr） ③ 乙苯蒸出塔乙苯抽空損失：（乙苯在乙苯 蒸出塔中抽空損失占總抽空損失的75%） 乙苯蒸出塔乙苯抽空損失 = 75% =（ kg/hr） ④ 乙苯蒸出塔苯乙烯抽空損失：（苯乙烯在乙苯 蒸出塔中抽空損失占總抽空損失的 %） 乙苯蒸出塔苯乙烯抽空損失 = % =（ kg/hr） ⑤ 乙苯 蒸出塔聚合耗苯乙烯量 =（苯乙烯初餾塔 進(jìn)塔的焦油量－ 未溶水的油層中焦油量） 208/210 =（ － ） 208/210 =（ kg/hr） ⑥進(jìn)料量： 二甲苯 =塔頂量＋ 塔釜量 =+ =（ kg/hr） 焦油量 =未溶水的油層中焦油量 （ kg/hr） 甲苯量 =塔頂量（ ） 33 苯量 =塔頂量（ ） 乙苯量 =塔頂量＋ 塔釜量＋乙苯蒸出塔乙苯抽空損失 =++ =（ kg/hr） 苯乙烯量 =塔頂量＋ 塔釜量＋乙苯蒸出塔苯乙烯抽空損失＋乙苯蒸出塔聚合耗苯乙烯量 =+++ =（ kg/hr） ⑦ 乙苯蒸出塔物料衡算表 組成 進(jìn) 料 塔 頂 塔 釜 抽空量kg/hr kg/hr wt% kg/hr wt% kg/hr wt% 苯乙烯 乙苯 二甲苯 0 甲苯 0 0 0 苯 0 0 0 焦油 0 0 0 ∑ 34 三、脫氫系統(tǒng)的熱量衡算 (以下計(jì)算以一小時(shí)為基準(zhǔn) ) 蒸發(fā)器 ： 原料：為計(jì)算方便，故把原料全部看成乙苯 已知：乙苯常壓下沸點(diǎn)為 ℃，蒸發(fā)器出口溫度 140℃ 把乙苯從 20℃（液）加熱到 140℃（氣）所需熱量計(jì)算如下： （ 1）求所需熱量 Q： ①把乙苯從 20℃加熱到 ℃（液→液）所需熱量 Q1： 先求平均溫度 tm，再查 tm下 乙苯（液） 的 Cpm，最后計(jì)算 Q1=GCpm（ t2－ t1） 注：需注明 Cpm出處（石油化工計(jì)算圖表） tm=+20/2=℃ Cpm=36kcal/kg ℃ 最后計(jì)算 Q 蒸 =GCpm（ t2－ t1） 即 Q 蒸 = （ ） = kcal ②加熱所需水蒸氣用量 G 蒸汽 ： 把乙苯從 20℃（液