【正文】 ???? 7 苯乙酮法 ?????????????????????????? 7 乙苯和丙烯共氧化 ????????????????????? 7 乙苯催化脫氫法 ?????????????????????? 8 、副化學反應式 ???? ??????????????????? 8 、化學組成及化學性質(zhì) ??????????????????? 8 ?????????????????????????? 10 脫氫反應總述 ??????????????????????? 10 苯乙烯蒸餾總述 ?????????????????????? 11 四、物料及熱量衡算 ??????????????????????? 15 （一）、苯乙烯生產(chǎn)全系統(tǒng)的物料衡算 ??????????????? 15 算 ??????????????????????? 15 反應系統(tǒng)進料量計算 ???????????????????? 15 出水冷冷凝器的氣液組成 ?????????????????? 18 出鹽水冷凝器的氣液組成 ?????????????????? 20 油水分離器水油組成 ???????????????????? 21 ?????????????????????? 23 苯乙烯精餾塔的物料衡算 ?????????????????? 24 苯、甲苯蒸出塔的物料衡算 ????????????????? 26 苯乙烯初餾塔物料衡算 ??????????????????? 28 乙苯蒸出塔的物料衡算 ??????????????????? 30 （二）、脫氫系統(tǒng)的熱量衡算 ??????????????????? 32 1．蒸發(fā)器 ?????????????????????????? 32 第一預熱器 ???????????????????????? 33 熱交換器 ??????????????????????? ?? 34 第二預熱器 ???????????????????????? 34 反應器 ?????????????????????????? 35 四、感謝信 ?????????????????????????? 40 五、參考文獻 ????????????????????????? 41 5 摘要 苯乙烯 (SM)是生產(chǎn)塑料和合成橡膠的重要基本有機原料，主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯，也可用于制備丁苯橡膠、苯乙烯一順丁烯 苯乙烯嵌段共聚物、不飽和聚酯等。是活性組分、 K2O 是活性促進劑， 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用，但 K2O 含量過高存在著鉀的流失問題。 本設計為 10萬噸 /年乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程，工藝采用具有低活性、高選擇性的氧化鐵系催化劑，參照魯姆斯 (Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技 術，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。 本設計主要由脫氫反應和精餾兩個工序系統(tǒng)所組成。先經(jīng)乙苯 — 苯乙烯塔分離出乙苯（含苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙烯和焦油。 設備設計主要是對乙苯 /苯乙烯分離塔進行設計，計算出實際塔板數(shù) 26 塊，進料在第 13塊 板，塔徑 ，塔高 20m。 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操作狀況的影響，并通過冷模實驗，模擬軟件計算，通過操作數(shù)據(jù)的對比和分析，找出了該塔存在的問題，分析了問題產(chǎn)生的原因。 對分離塔成功的進行了技術改造，更換了乙苯 /苯乙烯分離塔精餾段部分填料和部分塔內(nèi)件，解決了困擾該塔正常運行的主要矛盾，使得改造后的分離塔運行效果明顯好轉。 在進一步模擬分析研究的基礎上，對該塔進行了一系列的優(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最終達到甚至超過設計指標，裝置的生產(chǎn)能力得到大幅度的提高。 關鍵詞 ：乙苯； 苯乙烯；精餾塔；參數(shù)優(yōu)化 ；脫氫；蒸餾 7 Abstract Styrene (SM) is the production of plastics and synthetic rubber in important basic anic raw materials, mainly for the production of polystyrene, can also be used for the preparation of a styrenebutadiene rubber, maleatestyrene block copolymers, unsaturated polyester, etc. Ethylbenzene catalytic dehydrogenation method is by far the major domestic and foreign production of styrene, used catalyst methodology mainly FeK catalysts, Fe2O3. Is the active ponent, K2O is active promoters, K2O introduction to ironbased catalyst39。 styrene。 optimization。 distillation 9 一、 緒論 苯乙烯的性質(zhì)和用途 苯乙烯（ SM）是含有飽和側鏈的一種簡單芳烴，是基本有機化工的重要產(chǎn)品之一。苯乙烯難溶于水，25℃ 時其溶解度為 %。 苯乙烯在空氣中允許濃度為 。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。 苯乙烯（ SM）具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應性能極強，苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化而成為醛及酮類。在高于 100℃ 時即進行聚合， 甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩慢的聚合。 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。目前，其生產(chǎn)總量的三分之二用于生產(chǎn)聚苯乙烯，三分之一用于生產(chǎn)各種塑料和橡膠。 各種苯乙烯生產(chǎn)工藝及比較 目前苯乙烯主要由乙苯轉化而成，可通過如下四條工藝路線進行。故此法在國外仍有采用。但它還能生產(chǎn)重要的有機化工原料環(huán)氧丙烷，綜合平衡仍有工業(yè)化的價值，故目前國外也有采用此法生產(chǎn)的。在催化劑和過熱蒸汽的存在下進行氧化脫氫反應的，即： 2C6H5C2H5 + O2↑ 2C6H5CHCH2 + 2H2O 此方法可以從乙苯直接生成苯乙烯，還可以利用氧化反應放出的熱量產(chǎn)生蒸汽， 反應溫度也較催化脫氫為低。但這些催化劑在多處于研究階段，尚不具備工業(yè)化條件，有待進一步研究開發(fā)。它以乙苯為原料，在催化劑的作用下脫氫生成苯乙烯和氫氣。 主、副化學反應式 乙苯在脫氫反應器中主要發(fā)生下列反應： 主反應： C6H5C2H5 → C6H5CHCH2 + H2 副反應： C6H5C2H5 + H2↑ → C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2=↑ → C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5 → C6H6 + CH2CH2 原理、化學組成及化學性質(zhì) 苯乙烯（ SM）是乙苯（ EB）經(jīng)過高吸熱脫氫反應而生成： EB=SM+H2 反應深度由平衡控制： （ 1）汽態(tài)平衡常數(shù)為： KP=PSM PH2/PEB=PT YSM YH2/YEB 其中： PT—— 系統(tǒng)總壓； PSM(H2/EB)—— 各對應組分分壓； YSM(H2/EB)—— 各對應組分摩爾分率； （ 2）對于所有吸熱氣相反應，平衡常數(shù)隨著溫度的提高而增加，這時反應平衡關系如下： lnKP=A— B/T （ T： K， KP： atm） 其中： A=， B=； 因此，溫度升高， EB 轉化為 SM的轉化率亦隨之升高。 甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反應，主要是甲烷反應： CH4+2H2O=CO2+4H2O 我們還觀察到：水 /汽轉換反應在反應溫度下接近平衡。一氧化碳通常是二氧化碳的 10%（摩爾）。另外，因為 SM 的生成部分地受到擴散的控制，因此，隨著溫度的上升，苯和甲苯的生成率要比SM的生成快得多。反應速率降低的原因其一是反應越來越接近平衡，反應推動力越來越小，其二在反應速率常數(shù)的降低。在基于這樣的原理基礎上，有一個很高的入口反應溫度當然是很理想的。因此，要達到很好的選擇性，需要有效的入口溫度上限。催化劑太少，則不會接近平衡，而催化劑太多，則還沒有完全通過催化劑床層 EB 轉化就達到平衡并停止轉化，而副反應繼續(xù)進行，反應轉化率和選擇性降低（從物料平衡和裝置生產(chǎn)率）。采用低活性、高選擇性催化劑的設計有比較好的效益。如果在將來相當長的一段時間 13 內(nèi)想要提高生產(chǎn)率而又允許有一定的損失的話，高活性、低選擇性催化劑可在同樣的設備中裝填使用。所以，較高的系統(tǒng)壓力會使脫氫反應的平衡左移（即抑制 EB的轉化），從而降低EB的轉化率。 蒸汽稀釋能減少 EB、 SM 和氫氣的分壓，其效果與降低壓力一樣。首先，蒸汽向反應混合物提供熱量。第二，少量的蒸汽表現(xiàn)為能使催化劑保持在所需的氧化狀態(tài)，具有很高的活性，此蒸汽量隨催化劑的使用情況而有所不同。 由于上述作用，單程 EB 轉化率在溫度、壓力、催化劑、蒸汽稀釋等方面受到限制，對實際的單級反應器來講 EB 轉化率只有 40～ 50%。如果再加熱的混合物被送到第二個催化劑床層，那么，它又可以進一步轉化為 SM，直至再次接近平衡。再加熱和增加級數(shù)的過程可視經(jīng)濟效益多次重復，每增加一級，轉化率和選擇性便逐漸降低。 流程敘述 脫氫反應總述： EB蒸汽 /蒸汽混合物與 EB/蒸汽過熱器二級反應器流出物進行熱交換而產(chǎn)生過熱，并進入一級反應器進口，在這里與主過熱蒸汽混合，以便達到理想的一級反應器的進口溫度?；旌狭鞒鑫锱c過熱蒸汽進行換熱而得到重新加熱并徑向通過第二個催化劑床層。 反應器系統(tǒng)的流出物由于兩個壓力等級的蒸汽再生而進行冷卻。冷凝液因重力作用自動流至有機混合物 /水分離器，而未冷凝的蒸汽進一步得到冷卻并在 14 調(diào)節(jié)冷卻器中冷凝。在有機混合物 /水分離中，芳 烴和工藝冷凝液構成兩個相位。水相因重力在有機混合物 /水分離器的主分離室中分離。一部分冷凝液被過濾，以除去催化劑塵末，然后用來對冷卻的反應器流出物進行降溫。冷凝液首先由汽提塔的塔頂液 /進料內(nèi)部換熱器進行預熱，然后通過蒸汽噴射器的直接蒸汽加熱至工藝冷凝液汽提塔操作溫度，以把塔中汽提過程中的損失降低 到最低程度。氣體通過壓縮機入口罐，然后送往廢氣壓縮機，壓縮氣體通過一個分離罐，然后再進入廢氣冷卻器，冷卻氣體中的芳烴通過循環(huán)半柏油的洗滌而減少，并經(jīng)冷卻后返回吸收塔；廢氣則通過一個密封罐進入燃料補充系統(tǒng)而用作蒸汽過熱器的燃料。從分離塔出來的塔頂產(chǎn)品流（含有苯、甲苯、幾乎占進料中全部的 EB以及約 %(W)的苯乙烯）被送入 EB 回收塔。 15 從 EB/SM 分離器出來的塔底液物料流，含有塔進料中的幾乎所有苯乙烯，沸點高于 SM 的復合物， NSI 聚合阻聚劑（另外送入分離塔），少量 EB 和分離塔中生成的苯乙烯聚合物被送入 SM塔。 含有約 50%(W)揮發(fā)物（（ SM+AMS）和焦油（低粘度））的 SM 塔底液被送至薄膜蒸發(fā)器。蒸發(fā)器部分塔底液（塔底總量的 2/3）被泵送至 EB/SM 分離塔進行 NSI 循環(huán)。 為把苯乙烯聚合物生成降低到最低限度， EB/SM 分離塔、 SM塔和薄膜蒸發(fā)器都減壓運行，這樣可以降低工作溫度。其目的是分離乙苯與苯乙烯。該塔的第二個目的是在分離時最大程度地減少苯乙烯轉換成聚合物的損失。進料在 49塔板上進入該塔，NSI 溶液隨進料進入該塔，來自薄膜蒸發(fā)器底部的循環(huán) NSI 溶液在 SM/柏油混合器的上游加入至 EB/SM 分離塔進料。通往再沸器的蒸汽流量根據(jù)使塔產(chǎn)生理想的回流比來確定。在生產(chǎn)中保持理想的苯乙烯純度的關鍵是正確操作 EB/SM 分離塔，作為苯乙烯里的主要雜質(zhì)， EB一旦離開分離塔塔底后總是進入 SM 分離塔塔頂，在苯乙烯塔里的實際分離是在苯乙烯和α 甲基苯乙烯之間進行，進行分離的關鍵是要有足夠的蒸汽流入再沸器。其目的是將來自 EB/SM 分離塔的塔釜液中的進料進行分離，以便從塔頂產(chǎn)出 %(W) 以上的苯乙烯產(chǎn)品物流。在 SM分離塔的進料中含有 98%(W)的苯乙烯、一些高沸點化合物（聚合物、α 甲基苯乙烯及其他物料）、一些低沸點物料（ EB）以及 NSI 阻聚劑。 SM分離塔所需的熱量由350kPa 壓力等級的蒸汽所提供的。其目的是分離從 EB/SM 分離塔的塔頂來料，在設計回流比為 ～ 10 的操作下，進入第 28 層塔板，獲得塔頂產(chǎn)物：苯 /甲苯物流，塔底產(chǎn)物：大約含 %(W)的甲苯以及大約含 %(W)苯乙烯的EB物流，塔釜液循環(huán)至脫氫反應系統(tǒng)