辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸

1.7 本设计方案主要内容及意义

本设计方案为20万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置进行了详细的设计。对反应器和精馏塔进行物料衡算，选择适宜的操作条件和进料组成。通过计算机流程模拟软件Aspen Plus对反应器和精馏分离部分进行了模拟运算，得到了反应器与精馏塔的工艺尺寸。并对所需相关辅助设备的温度、压力、物料的摩尔组成进行了计算，经过反复调整，并确定比较理想的生产工艺。

本设计方案的最大特点是利用了计算机流程模拟软件Aspen Plus对20万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置进行了模拟优化，通过计算机的反复验算得到了更为合理的工艺尺寸。

该套苯乙烯装置的模拟优化为国内同类装置的流程优化提供了经验。

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2 设计部分

2.3 设计任务书

设计题目：20万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计 处理量：乙苯20万吨/年

2.3.1 乙苯催化脱氢主、副反应

主反应及反应热如下：

?H(873K)?125kJ/mol选择性：90%

副反应主要有乙苯的裂解、加氢裂解、水蒸汽转化、聚合和缩合反应等。

?H(873K)??102kJ/mol 选择性：4% 3% ?H(873K)?64.4kJ/mol选择性： 1.5% ?H(298K)?41.8kJ选择性：/mol?H(873K)?1.72kJ/mol 选择性：1% 0.5% ?H(873K)?793kJ/mol选择性：

苯乙烯纯度99%（质量），苯乙烯损失量2%（质量），乙苯脱氢转化率为75%（绝热）。

2.3.2 乙苯脱氢催化剂

采用11#氧化铁催化剂，d=3mm，h=13mm

2.3.3 乙苯脱氢反应条件

反应温度：600~660℃

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压力：常压，加入水蒸气来稀释原料气，以降低乙苯的分压，提高乙苯的平衡转化率。水蒸气与乙苯摩尔比16~20。

空速：乙苯液态空速0.6~1.0h-1。

2.3.4 乙苯脱氢工艺流程

原料气与反应尾气经热量交换后，再经预热进入脱氢绝热反应器，热量靠过热蒸气（720℃）带入，入口温度达610~660℃，催化剂床层分三段，段与段之间加入过热蒸气，全部蒸气与乙苯的摩尔比为14:1。反应产物经冷凝器冷却后，分离为气液两相，气相产物中含有大量的H2及少量的CO、CO2，可作燃料使用。冷凝液经一系列精馏后将其中的苯、甲苯、乙苯分离出来，在苯乙烯精馏塔中得到苯乙烯，塔底产物为焦油。

图2- 1苯乙烯流程示意图

1.反应器；2.油水分离器；3.苯乙烯、乙苯分离塔； 4.乙苯分离塔；5.苯、甲苯分离塔；6.苯乙烯精馏塔

2.4 物料衡算

乙苯脱氢制苯乙烯装置包括脱氢和精馏两个单元。为简化计算，根据设计任务书，做出如下假定：

(1) 反应原料组成为纯乙苯，年工作日为300天，每天24小时，即装置处理量为：乙苯

20?104?103?27777.78kg/h?262.05kmol/h300?2414

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(2) 加入水蒸气以降低乙苯分压，加入水蒸气的总量与乙苯摩尔比为18，其中乙苯与其摩尔量4倍的水蒸气混合，经换热器换热、加热炉加热后由反应器入口进入反应器，其余水蒸气分别以4:5:5形式共3份过热蒸气于催化剂床层段间加入反应器 。

(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%（质量）。

(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。 (6) 乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔顶压力<200mmHg。塔顶苯乙烯含量<0.25%，塔釜乙苯<0.3%。

(7) 苯－甲苯塔塔顶压力<160mmHg，塔顶甲苯<0.5%，塔釜苯<0.2%。 (8) 乙苯回收塔，塔顶乙苯<0.1%，塔釜甲苯<0.4%。

2.4.1 脱氢绝热反应器

反应器内发生的所有反应极其选择性

选择性：90%

选择性：4% 选择性：3% 选择性：1.5% 选择性：1% 选择性：1.5%

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2.4.1.1 反应器进料

乙苯 27777.78kg/h?262.05kmol/h

水蒸气 262.05?18?4716.90kmol/h?84904.20kg/h 2.4.1.2 反应器出料

由设计任务书可知，乙苯脱氢转化率为75%（绝热） 故，参与反应的乙苯量 262.05?0.75?196.54kmol/h

乙苯剩余量 262.05?(1?0.75)?65.51kmol/h?6944.06kg/h 生成苯乙烯量 196.54?0.9?176.89kmol/h?18396.56kg/h 生成甲苯量 196.54?0.03?5.90kmol/h?542.80kg/h 生成苯量 196.54?(0.04?0.015)?10.81kmol/h?843.18kg/h 生成乙烷量 196.54?0.015?2.95kmol/h?88.50kg/h 生成乙烯量 196.54?0.04?7.86kmol/h?220.08kg/h 生成甲烷量 196.54?0.03?5.90kmol/h?94.40kg/h 残炭量 196.54?0.01?1.97kmol/h?23.64kg/h

消耗水蒸汽量 196.54?0.005?16?15.72kmol/h?282.96kg/h 剩余水蒸气量 84904.20?282.96?84621.24kg/h

生成二氧化碳量 196.54?0.005?8?7.86kmol/h?345.84kg/h

生成氢气量 196.54?(0.9?5?0.01?21?0.005)?207.35kmol/h?414.70kg/h 消耗氢气量 196.54?(0.03?0.015)?8.84kmol/h?17.68kg/h 总氢气量 414.70?17.68?397.02kg/h

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