攀枝花学院本科毕业设计 2 生产工艺

催化剂,500-600C，C6H5C2H5???????C6H5CH?CH2?H2O ?H l?125kJ/moO600C乙苯 苯乙烯 氢气 （2）副反应

乙苯/苯乙烯混合物还会发生某些不受平衡限制的一次反应。这些反应主要是脱烷基反应，反应式为：

C6H5C2H5?C6H6?C2H4 乙苯 苯 乙烯

C6H5C2H5?H2?C6H5CH2?CH4 乙苯 氢 甲苯 甲烷

其它反应生成少量的α-甲基苯乙烯和高沸物。

C6H5C2H5?H2?C6H6?C2H6

C6H5C2H5?8C?5H2 C6H5C2H5?16H2O?8CO2?21H2

为了减少在催化剂上的结炭，需要在反应器进料中加入高温水蒸气，从而发生下述反应：

C?H2O?CO2?2H2

脱氢反应式1mol乙苯生成2mol产品（苯乙烯和氢气），因此加入蒸气也可使苯乙烯在系统中的分压降低，有利于提高乙苯的转化率。催化剂以三氧化二铁为主，加上氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上，投料比为水蒸气:乙苯=2～3:1（质量比），反应所得的气体混合物经冷凝、油水分离、多塔分离和精制，制得苯乙烯[10-12]。

2.2.2 生产过程

1预处理过程

蒸汽和乙苯按一定的质量比混合。在脱氢反应器中，水蒸气用量和反应温度对苯乙烯的产率有较大影响。水蒸气用量太少或反应温度太低，会导致反应不完全，产率低；水蒸气用量过多或反应温度过高，催化剂会炭化而降低产率。将原料中的水蒸气（按比例过量）有助于反应向右移，也要严格控制反应温度。 2 脱氢过程

乙苯和蒸汽在脱氢反应器中完成脱氢过程，同时少量的发生其他副反应。

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攀枝花学院本科毕业设计 2 生产工艺 3 冷凝过程

在冷凝器中，将脱氢反应的产物冷凝，降低其温度。 4 油水分离过程

冷凝后，因反应中的水蒸气变为水，通过气体压缩机和油水分离器，将有机相和水分离。 5 多塔分离过程

油水分离的有机相进入粗馏塔，并加入阻聚剂防止苯乙烯聚合，还要进入乙苯塔、苯乙烯精馏塔、苯∕甲苯塔，将依次它们分离出来，把分离出来的乙苯送回脱氢反应器，使其循环。

2.3 原料、产品及半成品

2.3.1 产品

化学名称：苯乙烯 英文名称：styrol 规 格：含量≥99.8% 分 子 量：104.15 沸 点：145.2℃ 熔 点：－30.6℃ 折 光 率：1.5439（25℃） 结 构 式：CHCH?CH

6522.3.2 原料

化学名称：乙苯 结构式：CHCHCH

6523分 子 量：106.16 沸 点：136.2℃ 折光指数：1.4959（25℃） 密 度：0.8671g/cm3

2.3.3 半成品

乙苯经脱氢反应器反应后，反应生成物送乙苯—苯乙烯塔分离成乙苯（苯和甲苯）及粗苯乙烯（带重组分及焦油）。

2.3.4 催化剂

催化剂以三氧化二铁为主，加上氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上，使反应更好的发生，有利于苯乙烯的生成。

2.3.5 阻聚剂

在苯乙烯生产工艺中，阻聚剂主要在两个地方起重要作用：一是苯乙烯精馏系统，二是苯乙烯产品贮存系统。在精馏塔中，苯乙烯处于120℃的高温，阻聚剂主要用来防止单体的聚合；在苯乙烯贮存系统中，温度一般为20℃以下，聚合率较低，阻聚剂的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。由于温度存在着很大的不同，

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攀枝花学院本科毕业设计 2 生产工艺 阻聚剂发挥的主要作用不同，对阻聚剂的要求也不一样，所以，在蒸馏塔中使用无硫阻聚剂（2、4-二硝基-邻-二-丁基酚（DNBP）俗称NSI），在苯乙烯贮存系统中使用4-叔丁基邻苯二酚（TBC）。

2.4 生产方式的选取

全间歇与半间歇（统称间歇式操作）的优点是设备简单，改变生产品种容易；其缺点是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产率低，产品质量不稳定。连续式操作，原料及能量消耗低，劳动生产率高，因此比较经济；但总投资较大，占地面积较大，一般单线生产能力为2～10万吨/年。半连续操作与连续操作相比设备费用较少，操作较简单，改变生产品种较容易，但产品质量不如连续操作稳定，与间歇操作相比，生产规模更大，劳动生产率也更高，用与较大规模的品种生产，一般为1～2万吨/年。由于苯乙烯用量很大，需连续化大生产。采用连续式操作比较有利。

苯乙烯生产能力根据设计任务规定为年产25万吨。取年工作日为300天，每日生产能力为8.333?105kg苯乙烯，每小时生产能力为3.472?104kg这样的规模采用连续操作是比较合理的。

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攀枝花学院本科毕业设计 3 生产工艺计算

3 生产工艺计算

3.1 物料衡算

乙苯脱氢反应方程式为：

主反应C6H5C2H5→C6H5CH=CH2+H2 (式3-1) 副反应C6H5C2H5→C6H6+C2H4 (式3-2) C6H5C2H5+H2→C6H5CH3+CH4 (式3-3) 物料衡算相关技术条件：

水蒸汽作稀释剂，水蒸汽和乙苯质量比为1.5：1反应压力为150KPa（绝），反应温度为580℃，反应器进口温度630℃,乙苯总转化率为80%，各反应选择性分别为：(4-1)96%、(4-2)1%、(4-3)3%。

原料组成：乙苯，99.6%( W% )。

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。

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。

阻聚剂加入量为有机混合物量的0.03(W%)。

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。 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%。

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

3.1.1 生产能力的计算

根据设计任务，苯乙烯的年生产能力为25万吨/年。开工因子=生产装置开工时间/年自然时间。为了充分利用设备，开工因子应取的较大，接近1，但又不能等于1。因为还要考虑到设备的检修以及开停车等情况。开工因子一般取为0.7～0.8。全年365天，则年生产250～300天；因此除去季保养、月保养、修理、放假等总计65天，则年工作日为（365-65）天=300天。定昼夜生产为3班，每天连续生产。

可知每天的生产能力为（250000×103/300）Kg/天=833.3×103Kg/天。以此作为物料衡算的标准。

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攀枝花学院本科毕业设计 3 生产工艺计算

3.1.2 质量守恒定律

质量守恒定律是“进入一个系统的全部物料量，必须等于离开这个系统的全部物料量，再加上过程中损失量和在系统中累计量”。依据质量守恒定律，对研究系统做物料衡算，可用下式表示：

∑G进=∑G出+∑G损+∑G积

∑G进—输入物料量总和； ∑G出—离开物料量总和； ∑G损—总的损失量； ∑G积—系统中积累量。

（1）进出脱氢反应器的物料衡算

1）对连续生产可确定计算基准为Kg/天，则需计算每天产量及原料投料量 乙苯的脱氢反应

其中原料规格：乙苯（99.6%）水蒸气（95%）

原料乙苯含甲苯0.2%、含苯0.14%，含焦油0.06%。原料水蒸气含5%的杂质气体。105Kg(折算为100%) 每天产苯乙烯：G8=8.333×

104Kg 每小时产苯乙烯：Gh=3.4721×

投料比：水蒸气/乙苯 =1.5/1（质量比） 乙苯总转化率：为80% 转化率：脱氢过程为96% 分离率：多塔分离过程为98% 每小时理论投料乙苯量：

G1=(3.472×104×106.15)/(104.15×80%×96%×99%×99%)=4.702×104Kg 每班理论投水蒸气量： G2=1.5×4.702×104=7.053×104Kg

每小时原料实际投入量：G?=(4.702×104/0.996)Kg=4.721×104Kg G

‘

2

=(7.053×10/0.95)Kg=7.453×104Kg

4

1杂质：G3=（4.721-4.702）×104Kg+(7.081-7.053) ×104Kg=0.470×103Kg 0.3%Kg=0.365×103Kg 催化剂的量：G4=(4.721+7.453) ×104×2）脱氢过程计算 转化率为：80%

104.15×80%×96%)/106.16Kg=3.543×104Kg 苯乙烯的产量G5=(G1×

(96%-3%)×2/106.15Kg=0.659×103Kg 氢气的产量：G6=G1×80%×

氧气的加入量：G7=（0.5×32×0.659×103）/2=5.273×103 Kg 乙苯剩余量：G1×（1－80%）=9.404×103Kg

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