年產(chǎn)10萬噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì)

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酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 2012 級 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 專業(yè) 題目: 年產(chǎn)十萬噸苯乙烯工藝設(shè)計(jì) 畢業(yè)時(shí)間： 二〇一五年六月 學(xué)生姓名： 晏亮亮 指導(dǎo)教師： 徐晶 班 級： 2012石化（2）班 年 月 日 0 酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2015 屆各專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定表 姓名 晏亮亮 班級 12石化（2）班 專業(yè) 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 指導(dǎo)教師第一次指導(dǎo)意見 年 月 日 指導(dǎo)教師第二次指導(dǎo)意見 年 月 日 指導(dǎo)教師第三次指導(dǎo)意見 年 月 日 指導(dǎo)教師評語及評分 成績： 簽字（蓋章） 年 月 日 答辯小組評價(jià)意見及評分 成績： 簽字（蓋章） 年 月 日 教學(xué)系畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)小組意見 簽字（蓋章） 年 月 日 學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)委員會審核意見 簽字（蓋章） 年 月 日 前 言 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容為10萬噸/年乙苯脫氫制苯乙烯裝置，包括工藝設(shè)計(jì)，設(shè)備設(shè)計(jì)及平面布置圖。 本設(shè)計(jì)的依據(jù)是采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝 乙苯脫氫反應(yīng)在絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，其特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)55%，選擇性好，可達(dá)90%。特殊的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)：在低壓（深度真空下）下操作以達(dá)到最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反應(yīng)產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計(jì)為熱聯(lián)合機(jī)械聯(lián)合裝置。整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機(jī)入口盡可能高壓，同時(shí)維持脫氫反應(yīng)器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時(shí)不損失壓縮能和投資費(fèi)用。 所需要的催化劑用量和反應(yīng)器體積較小，且催化劑不宜磨損，能在高溫高壓下操作，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，選價(jià)便宜。在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟(jì)有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。 工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計(jì)可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動. 本設(shè)計(jì)裝置主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫。 此設(shè)計(jì)過程中，為了計(jì)算方便，忽略了一些計(jì)算過程，故有一定的誤差，另由于計(jì)算時(shí)間比較倉促，有些問題不能夠直接解決。設(shè)計(jì)中有不少錯(cuò)誤之處，請指導(dǎo)老師予以批評指正，多提出寶貴意見。 苯乙烯設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)10萬噸苯乙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)原始條件： 1、原料組成（質(zhì)量%） 組別 乙苯 甲苯 苯 ∑ 1、2、3 99% 0.8% 0.2% 100% 4、5、6 98% 1.2% 0.8% 100% 2、操作條件： 年工作日：300天，每天24小時(shí)，乙苯總轉(zhuǎn)化率為55% 乙苯損失量為純乙苯投料量為4.66% 配料比：原料烴/水蒸汽=1/2.6（質(zhì)量比） 溫度T：第一反應(yīng)器進(jìn)口溫度630℃，出口溫度580℃ 第二反應(yīng)器進(jìn)口溫度630℃，出口溫度600℃ 壓力P：床層平均操作壓力1.5 * 105 Pa（絕） 3、選擇性： C8H10→C8H8+H2 （1） C8H10→C6H6+C2H4 （2） C8H10+H2→C7H8+CH4 （3） 1、2、3 （1）90% （2）3% （3）7% 4、5、6 （1）92% （2）3% （3）5% 4、催化劑條件： （1）采用11#氧化鐵催化劑，d=3mm，h=13mm （2）允許通入乙苯空速為：（0.5~0.9）Nm3乙苯/(m3Cat．h) （3） =1050kg/m3 =1500kg/m3 5、參考數(shù)據(jù)： （1）反應(yīng)器直徑D=2 m （2）取熱損失為反應(yīng)熱為4% （3）k=exp(11.281-2545/RT) （4）K=exp(15.344-14656.5734/T) （5）Cat的有效系數(shù) η1=0.7 η2=0.667 （6）填料情況： 取瓷環(huán)為2525的拉西環(huán)，所填高度為250mm，錐形高度為250mm，錐角取900 （7）壓力：第一反應(yīng)器進(jìn)口壓力為1.8 * 105 Pa，出口壓力為1.2 * 105 Pa，平均壓力為1.5 * 105 Pa，壓降ΔP=0.6 * 105 Pa。 （8）再沸器：取熱損失為水蒸汽放出熱量的3%，Q蒸汽=Q吸/（1-3%） （9）傳熱面積A： 取K=32.12 * 4.18 kJ 目 錄 一、緒論……………………………………………………………………………………… 5 1、原料的性質(zhì)和用途………………………………………………………………………… 5 2、苯乙烯的性質(zhì)和用途……………………………………………………………………… 5 3、苯乙烯各種生產(chǎn)工藝及比較……………………………………………………………… 6 4、本工藝設(shè)計(jì)說明…………………………………………………………………………… 6 二、生產(chǎn)工藝說明…………………………………………………………………………… 8 1、原料、成品及半成品……………………………………………………………………… 8 2、主副化學(xué)反應(yīng)式…………………………………………………………………………… 8 3、生產(chǎn)步驟…………………………………………………………………………………… 8 4、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì)……………………………………………………………… 9 5、反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù)…………………………………………………………………………… 10 6、主要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制…………………………………………………… 10 7、流程敘述…………………………………………………………………………………… 11 8、工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù)………………………………………………………………………… 13 三、物料及熱量衡算………………………………………………………………………… 13 1、計(jì)算依據(jù)…………………………………………………………………………………… 13 2、物料衡算…………………………………………………………………………………… 14 3、熱量衡算…………………………………………………………………………………… 22 四、乙苯—苯乙烯精餾塔的計(jì)算…………………………………………………………… 24 1、乙苯—苯乙烯塔操作條件的確定………………………………………………………… 24 2、理論板數(shù)的計(jì)算…………………………………………………………………………… 25 五、乙苯—苯乙烯塔附屬設(shè)備計(jì)算………………………………………………………… 31 六、乙苯—苯乙烯塔主要工藝條件一覽表………………………………………………… 35 七、原材料消耗綜合表、排出物表………………………………………………………… 36 八、生產(chǎn)控制………………………………………………………………………………… 37 九、產(chǎn)品消耗定額…………………………………………………………………………… 37 十、三廢處理………………………………………………………………………………… 37 十一、原料、中間產(chǎn)品的分析方法………………………………………………………… 38 2 十二、參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 一、 緒論 1、原料的主要性質(zhì)與用途 （1）乙苯的主要性質(zhì) 乙苯是無色液體，具有芳香氣味，可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚，幾乎不溶于水，易燃易爆，對皮膚、眼睛、粘膜有刺激性，在空氣中最大允許濃度為100PPM。乙苯側(cè)鏈易被氧化，氧化產(chǎn)物隨氧化劑的強(qiáng)弱及反應(yīng)條件的不同而異。在強(qiáng)氧化劑（如高錳酸鉀）或催化劑作用下，用空氣或氧氣氧化，生成苯甲酸；若用緩和氧化劑或溫和的反應(yīng)條件氧化，則生成苯乙酮。 乙苯的其它性質(zhì)如下表所示： 表1 序號 常數(shù)名稱 計(jì)量單位 常數(shù)值 備注 1 分子量 106.167 2 液體比重 0.882 0℃ 3 沸點(diǎn) ℃ 136.2 101325Pa 4 熔點(diǎn) ℃ -94.4 101325Pa 5 液體熱容量 kJ/（kg K） 1.754 298.15K 6 蒸汽熱容量 Kcal/（kg K） 0.285 27℃ 7 蒸發(fā)熱 kJ /mol 35.59 正常沸點(diǎn)下 8 液體粘度 104kgSee/M2 0.679 20℃ 9 生成熱 Kcal/mol 2.98 20℃ 10 在水中溶解度 11 燃燒熱 Kcal/mol 1101.1 氣體 12 閃點(diǎn) ℃ 15 13 自然點(diǎn) ℃ 553.0 14 爆炸范圍 %(體積) 2.3～7.4 （2）乙苯的主要用途 乙苯是一個(gè)重要的中間體，主要用來生產(chǎn)苯乙烯，其次用作溶劑、稀釋劑以及用于生產(chǎn)二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等；同時(shí)它又是制藥工業(yè)的主要原料。 2、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。苯乙烯為無色透明液體，常溫下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯難溶于水，25℃時(shí)其溶解度為0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶劑中。 苯乙烯在空氣中允許濃度為0.1ml/l。濃度過高、接觸時(shí)間過長則對人體有一定的危害。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒。苯乙烯蒸汽與空氣混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范圍為1.1～6.01%（體積分?jǐn)?shù)）。 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。苯乙烯從結(jié)構(gòu)上看是不對稱取代物，乙烯基因帶有極性而易于聚合。在高于100℃時(shí)即進(jìn)行聚合，甚至在室溫下也可產(chǎn)生緩慢的聚合。因此，苯乙烯單體在貯存和運(yùn)輸中都必須加入阻聚劑，并注意用惰性氣體密封，不使其與空氣接觸。 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。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。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。世界苯乙烯生產(chǎn)能力在1996年已達(dá)1900萬噸，目前全世界苯乙烯產(chǎn)能約為2150～2250萬噸。 3、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。 (1)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 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。故此法在國外仍有采用。 (2)乙苯和丙烯共氧化法 本法首先在堿性催化劑作用下，使乙苯液相氧化成過氧化氫乙苯，然后與丙烯進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，乙苯過氧化物則變?yōu)椋揭掖迹俳?jīng)脫水得到苯乙烯，即： C6H5C2H5 + O2 C6H5CHOOHCH3 C6H5CHOOHCH3 + CH3CHCH2 C6H5CHOHCH3+ C3H6O C6H5CHOHCH3 C6H5CHCH2 + H2O 本過程以乙苯計(jì)的苯乙烯產(chǎn)率約為65%，低于乙苯脫氫法的產(chǎn)率。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。 (3)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。在催化劑和過熱蒸汽的存在下進(jìn)行氧化脫氫反應(yīng)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(yīng)放出的熱量產(chǎn)生蒸汽，反應(yīng)溫度也較催化脫氫為低。研究的催化劑種類較多，如氧化鎘，氧化鍺，鎢、鉻、鈮、鉀、鋰等混合氧化物，鉬酸銨、硫化鉬及載在氧化鎂上的鈷、鉬等。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)。 (4)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)。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。反應(yīng)方程式如下： C6H5C2H5 C6H5CHCH2 + H2 同時(shí)還有副反應(yīng)發(fā)生，如裂解反應(yīng)和加氫裂解反應(yīng)： C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2 C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5 C6H6 + CH2CH2 高溫裂解生碳： C6H5C2H5 8C + 5H2 在水蒸汽存在下，發(fā)生水蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)： C6H5C2H5 + 2H2O C6H5CH3 + CO2 + 3H2 此外還有高分子化合物的聚合反應(yīng)，如聚苯乙烯、對稱二苯乙烯的衍生物等。 4、 本工藝設(shè)計(jì)說明 (1)生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)100000噸精苯乙烯，純度≥99.7%。 (2)生產(chǎn)方法：采用低活性、高選擇性催化劑，參照魯姆斯(Lummus)公司生產(chǎn)苯乙烯的技術(shù)，以乙苯脫氫法生產(chǎn)苯乙烯。 魯姆斯(Lummus)公司經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝技術(shù)：深度減壓，絕熱乙苯脫氫工藝； 魯姆斯（孟山都/UOP）經(jīng)典苯乙烯單體生產(chǎn)工藝簡介： 該工藝是全世界生產(chǎn)苯乙烯（SM）單體中最成熟和有效的技術(shù)，自1970年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來，目前大約有55套裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。 A、工藝流程 從乙苯(EB)生產(chǎn)苯乙烯的經(jīng)典流程如附圖1所示。 乙苯(EB)脫氫是在蒸汽存在下，利用蒸汽來使并維持催化劑處于適當(dāng)?shù)难趸癄顟B(tài)。蒸汽既加熱反應(yīng)進(jìn)料、減少吸熱反應(yīng)的溫度降，同時(shí)蒸汽也降低產(chǎn)品的分壓使反應(yīng)平衡向著苯乙烯(SM)方向進(jìn)行，且又可以連續(xù)去除積炭以維持催化劑的一定活性。 高溫、高壓蒸汽稀釋和低反應(yīng)系統(tǒng)壓力能提供良好的反應(yīng)平衡曲線，對乙苯(EB)轉(zhuǎn)化為苯乙烯(SM)有利，在有兩個(gè)絕熱反應(yīng)器的工業(yè)生產(chǎn)裝置中，乙苯(EB)的總轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70%～85%。新鮮乙苯和循環(huán)乙苯先與一部分蒸汽混合，然后在一個(gè)用火加熱的蒸汽過熱器內(nèi)進(jìn)行過熱，再與過熱蒸汽相混合，在一個(gè)兩段、絕熱的徑向催化反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行脫氫。熱反應(yīng)產(chǎn)物在一個(gè)熱交換器內(nèi)冷卻以回收熱量并冷凝。不凝氣（主要是氫氣）壓縮后，經(jīng)回收烴類后再用作蒸汽過熱器的燃料，而冷凝液體分為冷凝水和脫水有機(jī)混合物（DM）。 在脫水有機(jī)混合物(DM)（苯乙烯、未反應(yīng)乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加入一種不含硫的阻聚劑(NSI)以減少聚合而損失苯乙烯（SM）單體，然后在乙苯/苯乙烯單體（EB/SM）分餾塔進(jìn)行分離，塔頂輕組分(EB及輕組分(苯/甲苯)從塔頂取得)去乙苯分離塔，從而從乙苯分離出苯和甲苯，回收的乙苯返回脫氫反應(yīng)器原料中。EB/SM塔底物（苯乙烯單體和高沸物）在最后苯乙烯分餾塔內(nèi)進(jìn)行分餾，塔頂產(chǎn)品即為苯乙烯（SM）單體產(chǎn)品，少量的塔底焦油用作蒸汽過熱器的燃料，蒸汽過熱器所需大部分燃料來自脫氫廢氣和苯乙烯焦油。 典型苯乙烯單體產(chǎn)品性能如表2： 表2 性能 指標(biāo) 苯乙烯 ≮99.7% 顏色，APHA ≯10 聚合物 ≯10ppm(W) 硫 ≯1ppm(W) 苯乙炔 ≯30ppm(W) 過氧化物 ≯20ppm(W) 粘度（25℃） 0.7mm2/s 目前現(xiàn)代化工藝裝置中生產(chǎn)的苯乙烯純度已可達(dá)99.8%(W)以上。 B、工藝特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) （a）特殊的脫氫反應(yīng)器系統(tǒng)： 在低壓（深度真空下）下操作以達(dá)到最高的乙苯單程轉(zhuǎn)化率和最高的苯乙烯選擇性。該系統(tǒng)是由蒸汽過熱器、過熱蒸汽輸送管線和反應(yīng)產(chǎn)物換熱器組成，設(shè)計(jì)為熱聯(lián)合機(jī)械聯(lián)合裝置。整個(gè)脫氫系統(tǒng)的壓力降小，以維持壓縮機(jī)入口盡可能高壓，同時(shí)維持脫氫反應(yīng)器盡可能低壓，從而提高苯乙烯的選擇性，同時(shí)不損失壓縮能和投資費(fèi)用。 （b）低蒸汽/油（EB）比的設(shè)計(jì)方案： 魯姆斯公司設(shè)計(jì)的苯乙烯裝置是在低蒸汽/油比下操作，可降低苯乙烯生產(chǎn)成本，已在工業(yè)化裝置的操作中證明在低蒸汽/油比的情形下，新催化劑的穩(wěn)定性良好。 （c）能量回收： 魯姆斯公司在苯乙烯裝置上已實(shí)現(xiàn)了低品位能量（500大卡/公斤苯乙烯）的回收工藝，利用乙苯/苯乙烯蒸餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱來汽化乙苯和水的共沸物，并直接送至脫氫反應(yīng)器，而不需要任何壓縮設(shè)備。 （d）安全： 一旦儀表系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有任何嚴(yán)重誤操作或故障時(shí)，脫氫反應(yīng)的自動聯(lián)鎖系統(tǒng)即啟動，無需任何操作員工即可將裝置自動轉(zhuǎn)入安全操作狀態(tài)或安全停工。 （e）操作容易： 利用該技術(shù)的工業(yè)化裝置已證明它具有很高的可靠性。工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和設(shè)備的良好設(shè)計(jì)可使操作無故障，從而可減少生產(chǎn)波動和損失。 （f）催化劑壽命長： 根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，脫氫催化劑的使用壽命是18～24個(gè)月。隨著乙苯裝置上催化劑壽命的延長，乙苯和苯乙烯裝置更換催化劑的停工時(shí)間也可適應(yīng)盡量減少總停車時(shí)間的需求。 （g）加入阻聚劑： 在苯乙烯蒸餾中采用一種專用的不含硫的苯乙烯阻聚劑。它經(jīng)濟(jì)有效且能使苯乙烯焦油作為燃料清潔地燃燒。 本設(shè)計(jì)裝置主要由脫氫反應(yīng)和精餾兩個(gè)工序系統(tǒng)所組成。原料來自乙苯生產(chǎn)裝置或原料采購部門，循環(huán)水、冷凍水、電和蒸汽來由公用工程系統(tǒng)提供，生產(chǎn)出的苯乙烯產(chǎn)品到成品庫，由銷售部門銷售。本裝置采用24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，年運(yùn)行7200小時(shí)（300天）。 二、生產(chǎn)工藝說明 1、原料、成品及半成品 乙苯純度≥99.8%，沸程135.8℃～136.5℃。為了減少副反應(yīng)發(fā)生，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，要求原料乙苯中二乙苯的含量<0.04%。因?yàn)槎冶矫摎浜笊傻亩蚁┗饺菀自诜蛛x與精制過程中生成聚合物，堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。另外，要求原料中乙炔≤10ppm（V%）、硫（以H2S計(jì)）<2ppm（V%）、氯（以HCl計(jì)）≤2ppm（Ｗ%）、水≤10ppm（Ｗ%），以免對催化劑的活性和壽命產(chǎn)生不利的影響。 本裝置生產(chǎn)純度≥99.7%的苯乙烯產(chǎn)品。 乙苯經(jīng)脫氫反應(yīng)器反應(yīng)后，反應(yīng)生成物送乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（苯和甲苯）及粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。 2、主、副化學(xué)反應(yīng)式 乙苯在脫氫反應(yīng)器中主要發(fā)生下列反應(yīng)： 主反應(yīng)：C6H5C2H5 →C6H5CHCH2 + H2 副反應(yīng)：C6H5C2H5 + H2→ C6H5CH3+ CH4 C6H5C2H5 + H2→ C6H6 + CH3CH3 C6H5C2H5→ C6H6 + CH2CH2 3、生產(chǎn)步驟 乙苯脫氫反應(yīng)在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，同時(shí)伴隨三個(gè)副反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)水冷凝器和鹽水冷凝器冷卻后，降溫到8℃左右，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、水和重組分全部冷凝，甲烷和乙烯不冷凝，冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，將水分離，在有機(jī)混合物中添加阻聚劑2,4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）。有機(jī)混合物送精餾工序。先經(jīng)乙苯—苯乙烯塔分離成乙苯（及苯、甲苯）和粗苯乙烯（帶重組分及焦油）。乙苯餾分送苯--甲苯塔分成苯、甲苯餾分和回收乙苯，回收乙苯返回脫氫工序。粗苯乙烯送精餾塔分成精苯乙烯和焦油。 要求：乙苯--苯乙烯塔真空操作：塔頂壓力：180～200mmHg。 苯--甲苯塔塔頂操作壓力：塔頂壓力<160mmHg。 精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。 4、原理、化學(xué)組成及化學(xué)性質(zhì) 苯乙烯（SM）是乙苯（EB）經(jīng)過高吸熱脫氫反應(yīng)而生成： EB=SM+H2 反應(yīng)深度由平衡控制： （1）汽態(tài)平衡常數(shù)為：KP=PSMPH2/PEB=PTYSMYH2/YEB 其中：PT——系統(tǒng)總壓；PSM(H2/EB)——各對應(yīng)組分分壓；YSM(H2/EB)—— 各對應(yīng)組分摩爾分率； （2）對于所有吸熱氣相反應(yīng)，平衡常數(shù)隨著溫度的提高而增加，這時(shí)反應(yīng)平衡關(guān)系如下： lnKP=A—B/T （T：K，KP：atm） 其中：A=16.0195，B=3279.47； 因此，溫度升高，EB轉(zhuǎn)化為SM的轉(zhuǎn)化率亦隨之升高。 EB/SM混合物還進(jìn)行一些不受平衡控制的初級反應(yīng)（副反應(yīng)），其中首要的是脫烴反應(yīng)，特性如下： C6H5C2H5=C6H6+C2H4 乙苯 苯 乙烯 C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4 乙苯 氫氣 甲苯 甲烷 其他反應(yīng)生成少量的α—甲基苯乙烯（AMS）和其他高沸物。 甲烷和乙烯亦參與蒸汽重整反應(yīng)，主要是甲烷反應(yīng)： CH4+2H2O=CO2+4H2O 我們還觀察到：水/汽轉(zhuǎn)換反應(yīng)在反應(yīng)溫度下接近平衡。 CO2+H2=CO+H2O 通常，在苯和甲苯的生成中，甲烷和乙烯的量總是比預(yù)期的要少。一氧化碳通常是二氧化碳的10%（摩爾）。在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中應(yīng)該記?。涸诮咏磻?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。另外，因?yàn)镾M的生成部分地受到擴(kuò)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。 EB脫氫的主要操作和設(shè)計(jì)變量 （1）溫度 （2）催化劑量及催化劑 （3）壓力 （4）蒸汽稀釋 因?yàn)镋B脫氫生成SM的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)混合物的溫度隨反應(yīng)加深而降低。反應(yīng)速率降低的原因其一是反應(yīng)越來越接近平衡，反應(yīng)推動力越來越小，其二在反應(yīng)速率常數(shù)的降低。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。在基于這樣的原理基礎(chǔ)上，有一個(gè)很高的入口反應(yīng)溫度當(dāng)然是很理想的。然而，與促進(jìn)催化脫氫相比，高溫更會增加非選擇熱反應(yīng)和脫烴反應(yīng)的速度而生成苯和甲苯。因此，要達(dá)到很好的選擇性，需要有效的入口溫度上限。 相對于EB進(jìn)料而言，催化劑數(shù)量對優(yōu)化操作起著重要的作用。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(zhuǎn)化就達(dá)到平衡并停止轉(zhuǎn)化，而副反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性降低（從物料平衡和裝置生產(chǎn)率）。 目前有很多種EB脫氫催化劑，這些催化劑一般分為兩類：（1）高活性、低選擇性；（2）低活性、高選擇性。采用低活性、高選擇性催化劑的設(shè)計(jì)有比較好的效益。本設(shè)計(jì)裝置擬采用的正是此種催化劑。如果在將來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(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(shè)備中裝填使用。 平衡常數(shù)有壓力的范圍，因?yàn)檗D(zhuǎn)化一個(gè)摩爾EB會生成兩個(gè)摩爾的產(chǎn)物。所以，較高的系統(tǒng)壓力會使脫氫反應(yīng)的平衡左移（即抑制EB的轉(zhuǎn)化），從而降低EB的轉(zhuǎn)化率。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。 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。蒸汽稀釋還有其他等同的重要作用。首先，蒸汽向反應(yīng)混合物提供熱量。其結(jié)果是對于一定的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。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。第三，蒸汽能抑制高沸物沉積在催化劑上，如果允許超過一定的限度，這些結(jié)焦生成物最終會污染催化劑，使其活性降低而無法使用。 由于上述作用，單程EB轉(zhuǎn)化率在溫度、壓力、催化劑、蒸汽稀釋等方面受到限制，對實(shí)際的單級反應(yīng)器來講EB轉(zhuǎn)化率只有40～50%。但是，如果出料被再加熱到第一級入口溫度，混合物便無法平衡。如果再加熱的混合物被送到第二個(gè)催化劑床層，那么，它又可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SM，直至再次接近平衡。由于受到其他變量因素的影響，EB轉(zhuǎn)化總量可達(dá)到70～85%。再加熱和增加級數(shù)的過程可視經(jīng)濟(jì)效益多次重復(fù)，每增加一級，轉(zhuǎn)化率和選擇性便逐漸降低。因此，本設(shè)計(jì)采用兩級反應(yīng)器以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 5、反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的首要任務(wù)之一是根據(jù)所需的處理量及原料組成，計(jì)算達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)體積，然后以此為依據(jù)作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)；確定催化反應(yīng)器為完成一定的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑量是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容之一。反應(yīng)器系統(tǒng)應(yīng)該獲得盡可能高的轉(zhuǎn)化率，而且不增加操作成本，也不超出經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的范圍。較高的轉(zhuǎn)化率減少了對稀釋蒸汽、蒸餾蒸汽和過熱器燃料的要求。同樣重要的是，盡管反應(yīng)器成本可能略增加一些，但在初步設(shè)計(jì)中，較高的轉(zhuǎn)化率可從總體上減少裝置投資。在獲得較高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，催化劑的選擇性將會降低，因此任何SM裝置的設(shè)計(jì)都必須在反應(yīng)、熱回收和蒸餾方面比較所有因素、考慮經(jīng)濟(jì)平衡。 6、主要工藝變量（參數(shù)）的選擇與控制 （一）對反應(yīng)器系統(tǒng)而言，主要控制工藝參數(shù)是： （1）溫度（第一、第二級反應(yīng)器入口溫度） （2）蒸汽/油（EB）比（重量比） （3）EB進(jìn)料率 通過控制第一和第二級入口溫度來使轉(zhuǎn)化率接近生產(chǎn)率的設(shè)計(jì)值。這兩級的溫度應(yīng)該一樣，但是如果第二級入口溫度略高于第一級入口溫度，選擇性會更好一些。當(dāng)然，EB進(jìn)料率是生產(chǎn)率的基本決定因素。 蒸汽/油（EB）比的設(shè)計(jì)值：在較高的蒸汽/油（EB）比下，特別是在降低生產(chǎn)率的情況下操作有助于降低操作成本，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率（相對于給定的溫度）、選擇性和蒸餾蒸汽方面的少許改進(jìn)都將勝過增加稀釋蒸汽的成本。EB的轉(zhuǎn)化率主要由反應(yīng)器進(jìn)口溫度控制。隨著催化劑老化，這些溫度要逐漸提高以維持催化劑的活性和EB轉(zhuǎn)化率，以保持在給定的EB進(jìn)料率下的生產(chǎn)運(yùn)行。 （二）苯乙烯（SM）的蒸餾與貯存 苯乙烯即使在常溫環(huán)境溫度之下也會發(fā)生液相聚合（雖然緩慢）。聚合速率受濃度、溫度、時(shí)間的影響而增加，使用合適的阻聚劑可減緩聚合。因此，在蒸餾系統(tǒng)中通常出現(xiàn)的溫度下，必須使用有效的阻聚劑以防聚合而引起較大的損失。阻聚劑的選擇取決于以下一些因素：在操作溫度下可接受的聚合物產(chǎn)生的數(shù)量，基于這樣的聚合物產(chǎn)量所需要的阻聚劑數(shù)量、阻聚劑成本、阻聚劑對苯乙烯終端使用的影響（最好是沒有影響）。在苯乙烯工藝中，需要阻聚劑的有兩個(gè)地方：一是苯乙烯精餾系統(tǒng)，二是苯乙烯產(chǎn)品貯存系統(tǒng)。在精餾塔中，苯乙烯處于120℃的高溫，阻聚劑主要用來防止聚合物的生成；在苯乙烯貯存系統(tǒng)中，溫度一般為20℃以下，聚合率較低，阻聚劑的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。由于溫度存在著很大的不同，對阻聚劑的要求也不一樣，所以，在蒸餾塔中使用無硫阻聚劑（2、4-二硝基-鄰-二-丁基酚（DNBP）俗稱NSI），在苯乙烯貯存系統(tǒng)中使用4-叔丁基鄰苯二酚（TBC）。 在蒸餾系統(tǒng)中，蒸餾塔中產(chǎn)生的聚合物為高沸物，作為重組分（苯乙烯焦油）離開本系統(tǒng)，不構(gòu)成苯乙烯的污染物。產(chǎn)生的聚合物表示苯乙烯收率的損失，應(yīng)盡可能減少。NSI阻聚劑的汽化壓力很低，所以它同蒸餾系統(tǒng)中的重組分離開，在產(chǎn)品苯乙烯中數(shù)量不多。產(chǎn)品苯乙烯中的NSI在苯乙烯最終使用中會產(chǎn)生質(zhì)量問題。苯乙烯產(chǎn)品中只允許有少量的聚合物（一般低于10ppm）。 7、流程敘述 （1）脫氫反應(yīng)總述： EB蒸汽/蒸汽混合物與EB/蒸汽過熱器二級反應(yīng)器流出物進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生過熱，并進(jìn)入一級反應(yīng)器進(jìn)口，在這里與主過熱蒸汽混合，以便達(dá)到理想的一級反應(yīng)器的進(jìn)口溫度。EB和蒸汽混合物徑向從內(nèi)向外地進(jìn)入催化劑床層，一部分EB反應(yīng)生成SM，由于進(jìn)行吸熱反應(yīng)，溫度降低?；旌狭鞒鑫锱c過熱蒸汽進(jìn)行換熱而得到重新加熱并徑向通過第二個(gè)催化劑床層。大部分EB反應(yīng)生成SM（受平衡限制）和少量副產(chǎn)品。 反應(yīng)器系統(tǒng)的流出物由于兩個(gè)壓力等級的蒸汽再生而進(jìn)行冷卻。冷卻的反應(yīng)器產(chǎn)品與部分未汽提的工藝?yán)淠罕贿^熱降溫，并在主冷凝器中冷凝。冷凝液因重力作用自動流至有機(jī)混合物/水分離器，而未冷凝的蒸汽進(jìn)一步得到冷卻并在調(diào)節(jié)冷卻器中冷凝。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。在有機(jī)混合物/水分離中，芳烴和工藝?yán)淠簶?gòu)成兩個(gè)相位。被稱之為“脫氫混合物（DM）”的芳烴相流進(jìn)有機(jī)物分隔間，隨后進(jìn)行SM產(chǎn)品精餾和對未反應(yīng)的EB、及副產(chǎn)物苯、甲苯和高沸物進(jìn)行回收。水相因重力在有機(jī)混合物/水分離器的主分離室中分離。 工藝?yán)淠河帽脡核椭劣脕沓A帶有機(jī)物的撇沫罐。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(yīng)器流出物進(jìn)行降溫。凈工藝?yán)淠和ㄟ^汽提除去溶解的有機(jī)物。冷凝液首先由汽提塔的塔頂液/進(jìn)料內(nèi)部換熱器進(jìn)行預(yù)熱，然后通過蒸汽噴射器的直接蒸汽加熱至工藝?yán)淠浩崴僮鳒囟?，以把塔中汽提過程中的損失降低到最低程度。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。氣體通過壓縮機(jī)入口罐，然后送往廢氣壓縮機(jī)，壓縮氣體通過一個(gè)分離罐，然后再進(jìn)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(gè)密封罐進(jìn)入燃料補(bǔ)充系統(tǒng)而用作蒸汽過熱器的燃料。 （2）苯乙烯蒸餾總述： 苯乙烯蒸餾的目的是將從脫氫反應(yīng)系統(tǒng)出來的液態(tài)芳烴混合物分餾成： a、一種高純度的苯乙烯產(chǎn)品（苯乙烯聚合物最小損失） b、循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)的EB物料流 c、苯乙烯焦油物料流（含有苯乙烯聚合物、重餾分和少量苯乙烯） d、適合作為EB裝置進(jìn)料的苯物料流 e、甲苯副產(chǎn)品物料流 從有機(jī)混合物/水分離器出來的水飽和有機(jī)混合物（約含有苯：1.4%(W)、甲苯：2.8%(W)、EB：25.5%(W)、苯乙烯：69.2%(W)以及一些高沸物）被送入EB/SM分離塔。從分離塔出來的塔頂產(chǎn)品流（含有苯、甲苯、幾乎占進(jìn)料中全部的EB以及約0.25%(W)的苯乙烯）被送入EB回收塔。含有0.05%(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0.1%(W)EB被送入苯/甲苯分離塔，苯/甲苯分離塔將其分離為含約0.1%(W)甲苯的塔頂產(chǎn)品和含約0.1%(W)苯的塔底甲苯產(chǎn)品。 從EB/SM分離器出來的塔底液物料流，含有塔進(jìn)料中的幾乎所有苯乙烯，沸點(diǎn)高于SM的復(fù)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。SM塔頂產(chǎn)品為99.7%(W)純度（最低）的苯乙烯產(chǎn)品；回流中加入TBC，以抑制塔中的聚合反應(yīng)。 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)器蒸發(fā)揮發(fā)物并將其送回到SM塔底。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(jìn)行NSI循環(huán)。含有約5.4%(W)殘存苯乙烯的凈塔底液送至貯罐，作為燃料使用。 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(yùn)行，這樣可以降低工作溫度。 A、乙苯/苯乙烯分離塔（T101） EB/SM分離塔是一臺篩板塔塔，在真空下（塔頂絕壓為180～200mmHg）運(yùn)行操作。其目的是分離乙苯與苯乙烯。生產(chǎn)出一種塔釜產(chǎn)品，它含有苯乙烯、α-甲基苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯的EB；同時(shí)，塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品，它含有基本上全部的EB、苯和甲苯并帶有約1.0%(W)苯乙烯。該塔的第二個(gè)目的是在分離時(shí)最大程度地減少苯乙烯轉(zhuǎn)換成聚合物的損失。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。進(jìn)料在49#塔板上進(jìn)入該塔，NSI溶液隨進(jìn)料進(jìn)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(jìn)料。為取得理想的分離效果，EB/SM分離塔在高回流比下操作，設(shè)計(jì)回流比為10.0～12。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。該塔再沸器所需的熱能由350kPa的壓力的蒸汽所提供。在生產(chǎn)中保持理想的苯乙烯純度的關(guān)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(jìn)入SM分離塔塔頂，在苯乙烯塔里的實(shí)際分離是在苯乙烯和α-甲基苯乙烯之間進(jìn)行，進(jìn)行分離的關(guān)鍵是要有足夠的蒸汽流入再沸器。 B、SM精餾塔（T301） SM精餾塔是一座在真空下（塔頂絕壓為30～50mmHg）進(jìn)行操作的有36層塔板的塔。其目的是將來自EB/SM分離塔的塔釜液中的進(jìn)料進(jìn)行分離，以便從塔頂產(chǎn)出99.7%(W) 以上的苯乙烯產(chǎn)品物流。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不超過16%(W)。在SM分離塔的進(jìn)料中含有98%(W)的苯乙烯、一些高沸點(diǎn)化合物（聚合物、α-甲基苯乙烯及其他物料）、一些低沸點(diǎn)物料（EB）以及NSI阻聚劑。TBC（叔丁基鄰苯二酚）在苯乙烯單體里以2%(W)溶液的形式被注入回流管線以抑制塔內(nèi)苯乙烯的聚合，設(shè)計(jì)回流比為0.8～1.0。SM分離塔所需的熱量由350kPa壓力等級的蒸汽所提供的。 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。其目的是分離從EB/SM分離塔的塔頂來料，在設(shè)計(jì)回流比為8.0～10的操作下，進(jìn)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0.05%(W)的甲苯以及大約含0.3%(W)苯乙烯的EB物流，塔釜液循環(huán)至脫氫反應(yīng)系統(tǒng)。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。 D、苯/甲苯分離塔（T401） 苯/甲苯分離塔是帶壓操作的4床層填料塔。EB回收塔的塔頂物流送入該塔，在設(shè)計(jì)回流比為2.0～3.0的操作下，分離出約含0.35%(W)的甲苯的苯塔頂產(chǎn)品和約含0.1%(W)的苯的甲苯塔釜產(chǎn)品。本塔使用的填料是碳鋼鮑爾環(huán)。為避免液體分布的不均勻，該塔使用4個(gè)獨(dú)立的填料床層，在每層頂部裝有一臺液體分布器。該塔再沸器所需的熱能由1100kPa蒸汽所提供。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。該溫度可以通過重新設(shè)定進(jìn)入再沸器的蒸汽流量控制來進(jìn)行調(diào)整?；亓鞅瓤梢酝ㄟ^產(chǎn)品規(guī)格的需要來控制。 8、工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù) 表3 項(xiàng)目 單位 苯 甲　苯 乙　苯 苯　乙　烯 液體密度（293K時(shí)） kg/m 879 867 867 906 正常熔點(diǎn)Tm K 278.7 177.3 178.2 242.6 正常沸點(diǎn)Tb K 353.3 383.8 409.3 418.3 臨界溫度Tc K 562.1 591.7 617.1 647 臨界壓力Pc MPa 4.894 4.114 3.607 3.992 臨界體積Vc M3/mol 259 316 374 —— 臨界壓縮因子Zc —— 0.271 0.264 0.263 —— 偏心因子ω —— 0.212 0.257 0.301 0.257 恒壓熱容Cp J/mol．K 216.3 158.6 —— —— Antoine蒸汽壓方程系數(shù) A 15.9008 16.0137 16.0195 16.0193 B 2788.51 3096.52 3279.47 3328.57 C -52.36 -53.67 -59.95 -63.72 生成熱 △Η kJ/mol 82.9 50.00 29.79 103.9 燃燒熱△Η kJ/mol -3268 -3910 —— -4395 熔化熱△Η kJ/mol 9.832 6.611 —— —— 25℃時(shí)汽化熱△Η kJ/mol 33.85 37.99 —— —— 沸點(diǎn)時(shí)汽化熱△Η kJ/mol 30.75 33.47 35.56 36.44 標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓△Ｇ kJ/mol 30.99 29.16 32.21 51.10 20℃時(shí)粘度 MPa．s 0.737 0.675 —— 0.72 20℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù) kcal/（m．h．℃） 0.127 0.119 —— —— 時(shí)體積膨脹系數(shù) 10-1/℃ 12.4 10.9 —— —— 表面張力 10-3N/m 28.6 27.9 —— —— 三、物料及熱量衡算 1、計(jì)算依據(jù) 乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個(gè)單元，是具有循環(huán)物流的復(fù)雜化工過程，其流程框圖如附圖1。 乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的列管反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程式為： 　　　　　　主反應(yīng)　　C6H5C2H5→ C6H5CHCH2 + H2 (a) 　　　　　　副反應(yīng) C6H5C2H5→ C6H6 +CH2CH2 (b) 　　　　　　　　　　 C6H5C2H5 + H2→ C6H5CH3 + CH4 (c) 水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為2.6：1反應(yīng)壓力為150000Pa（絕），反應(yīng)溫度為580℃，反應(yīng)器進(jìn)口溫度630℃,乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%，各反應(yīng)選擇性分別為：(a)90%、(b)3%、(c)7%、 為簡化計(jì)算，假定： (1) 反應(yīng) 混合原料組成：乙苯： 99%( W% )，甲苯：0.8%，苯：0.2%，混合原料中不含其它二甲苯。 (2) 水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無結(jié)焦反應(yīng)。 (3) 冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，水中夾帶芳烴量為500mg/L，夾帶芳烴組成同有機(jī)混合物相同。有機(jī)混合物中水量很少可忽略。 (4) 阻聚劑加入量為有機(jī)混合物量的0.03(W%)。 (5) 精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%。精餾塔真空操作，塔頂壓力<50mmHg。 (6) 乙苯－苯乙烯塔真空操作，塔頂壓力<200mmHg。塔頂苯乙烯含量<0.25%，塔釜乙苯<0.3%。 (7) 苯－甲苯塔塔頂壓力<160mmHg，塔頂甲苯<0.5%，塔釜苯<0.2%。 (8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯<0.1%，塔釜甲苯<0.4%。 2、物料衡算 A、假設(shè)以10000kg/h原料進(jìn)料為基準(zhǔn)，則反應(yīng)器進(jìn)料G2 甲苯 10000*0.8%=80kg/h ， 80/92=0.87kmol/h； 乙苯 10000*99%=9900kg/h ， 9900/106=93.396kmol/h； 苯乙烯 10000*0.2%=20kg/h ， 20/78=0.256kmol/h； B、 進(jìn)反應(yīng)器的蒸汽量 G1 9900*2.6=25740kg/h 25740/18=1430kmol/h C、 反應(yīng)器的出料 一段反應(yīng)器的出料G3 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式（a）C8H10---C8H8+H2 乙苯總轉(zhuǎn)化率 55％，選擇性 90％； (1)生成的苯乙烯： 93.396*90%*（1-4.66%）*55%=44.077kmol/h (2) 生成的H2量： 44.077 kmol/h 副反應(yīng)： 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(b) C8H10---C6H6+C2H4 選擇性 3% (1) 生成的苯： 93.396*55%*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 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(c) C8H10+H2---C7H8+CH4 選擇性 7% (1) 消耗H2量 93.396*55%*7%*（1-4.66%）=3.428kmol/h (2) 生成的甲苯量 3.428 kmol/h (3) 生成的甲烷量 3.428kmol/h 則反應(yīng)器出口的物料組成 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 氫氣 44.077-3.428=40.649kmol/h 反應(yīng)器出口的有機(jī)混合物質(zhì)量組成 kg/h W% 乙苯 40.07*106=4247.42 45.372 苯乙烯 44.077*104=4584.008 48.967 甲苯 40298*92=395.416 4.224 苯 1.725*78=134.55 1.437 合計(jì) 9361.394 100.00 D、冷凝器頂物料 G4 氫氣 40.649 kmol/h 甲烷 3.428 kmol/h 乙稀 1.469 kmol/h E、冷凝器底物料 G5 乙苯 40.07 kmol/h 苯乙烯 44.077 kmol/h 甲苯 4.298 kmol/h 苯 1.725 kmol/h 焦油 1.059 kmol/h 水 1430 kmol/h F、 分離器底的廢水組成 G6 因廢水中夾帶的芳烴量為500mg／L，芳烴組成同有機(jī)混合物 廢水中夾帶的芳烴量25740*0.0005=12.87kg/h 則廢水中損失的芳烴量 kg/h kmol/h 乙苯 12.87*0.45372=5.839 kg/h 0.0551 苯乙烯 12.87*0.48967=6.302 kg/h 0.0606 甲苯 12.87*0.04224=0.544 kg/h 0.00591 苯 12.87*0.01437=0.185 kg/h 0.00237 G、分離器頂?shù)挠袡C(jī)混合物組成 G7 乙苯 40.07-0.0551=40.0149kmol/h 苯乙烯 44.077-0.0606=44.0164kmol/h 甲苯 4.298-0.00591=4.2921kmol/h 苯 1.725-0.00237=1.7226kmol/h H、 阻聚劑加入量 G8 因?yàn)樽杈蹌┘尤肓繛橛袡C(jī)混合物的0.03W% 阻聚劑加入量=9361.394*0.03%=2.808kg/h ， 即2.808/184=0.0153kmol/h 乙苯－苯乙烯塔 I. 乙苯－苯乙烯塔的進(jìn)料 G9 乙苯 40.0149kmol/h 苯乙烯 44.0164kmol/h 甲苯 4.2921kmol/h 苯 1.7226kmol/h 阻聚劑 0.0153kmol/h 進(jìn)料量 F1＝40.0149+44.0164+4.2921+1.7226+0.0153=90.0613 kmol/h 進(jìn)料組成 mol% 乙苯 40.0149/90.0613=0.444 苯乙烯 44.0164/90.0613=0.489 甲苯 4.2921/90.0613=0.048 苯 1.7226/90.0613=0.019 阻聚劑 0.0153/90.0613=0.00017 選輕關(guān)鍵組份為乙苯，重關(guān)鍵組份為苯乙烯 J、 乙苯－苯乙烯塔頂?shù)奈锪?G10 D1=40.0149*（1-0.003）+44.0164*0.0025+4.2921+1.7226=46.02 kmol/h XDB=1.7226/46.02=0.0282 XDEB=40.0149*（1-0.003）/46.