乙苯制苯乙烯
乙苯脱氢制备苯乙烯实验反思
乙苯脱氢制备苯乙烯实验反思一、引言乙苯脱氢制备苯乙烯是一种常用的工业反应，该反应是将乙苯经过脱氢反应，得到苯乙烯。
在实验中，我们通过模拟工业生产的条件，进行了乙苯脱氢制备苯乙烯实验。
本文将对该实验进行反思和总结，分析实验中的问题和改进方向。
二、实验过程1. 实验前的准备工作：我们首先准备了乙苯、催化剂、反应装置和实验器材等。
确保实验条件的干净和无污染。
2. 反应过程：我们将乙苯加热至一定温度，然后加入催化剂，使其发生脱氢反应。
在反应过程中，我们控制了反应温度和催化剂的用量。
3. 反应后的处理：实验结束后，我们对产物进行收集和分离，得到苯乙烯。
三、问题分析在实验中，我们发现了一些问题：1. 实验中的温度控制不够准确：由于实验条件的限制，我们无法精确控制反应温度，导致反应过程中温度的波动较大，可能会影响反应的效果。
2. 催化剂的选择：在实验中，我们使用了一种常用的催化剂，但其选择是否最优仍有待研究。
可能存在更适合的催化剂，能够提高反应效率。
3. 产物分离和纯化问题：在实验中，我们只对产物进行了简单的分离和纯化处理，可能存在杂质的残留。
在工业生产中，对产物的纯化工艺更为复杂，需要进一步优化。
四、改进方向针对上述问题，我们提出以下改进方向：1. 温度控制的优化：尝试使用更先进的反应装置，提高温度控制的精度，降低温度波动。
2. 催化剂的研究：进一步研究和优化催化剂的选择，寻找更高效、更稳定的催化剂。
3. 产物分离和纯化技术的改进：借鉴工业生产中的分离和纯化工艺，对产物进行更彻底的处理，提高产物的纯度。
五、实验收获通过本次实验，我们对乙苯脱氢制备苯乙烯的原理和实验过程有了更深入的了解。
同时，我们也发现了实验中存在的问题，并提出了改进方向。
这对于我们今后进行相关研究和工作具有重要的指导意义。
六、结论乙苯脱氢制备苯乙烯是一种重要的工业反应，通过本次实验，我们对其原理和实验过程有了更深入的了解。
同时，我们也发现了实验中存在的问题，并提出了相应的改进方向。
苯乙烯合成方法
苯乙烯生产方法目前，世界上苯乙烯的生产方法主要有乙苯脱氢法、环氧丙烷-苯乙烯联产法、热解汽油抽提蒸馏回收法以及丁二烯合成法等。
1 乙苯脱氢法乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的90%。
它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢两种生产工艺。
1.1 乙苯氧化脱氢法乙苯氧化脱氢法是目前尚处于研究阶段生产苯乙烯的方法。
在催化剂和过热蒸汽的存在下进行氧化脱氢反应的，即：2C6H5C2H5 + O2↑→ 2C6H5CHCH2 + 2H2O此方法可以从乙苯直接生成苯乙烯，还可以利用氧化反应放出的热量产生蒸汽，反应温度也较催化脱氢为低。
研究的催化剂种类较多，如氧化镉，氧化锗，钨、铬、铌、钾、锂等混合氧化物，钼酸铵、硫化钼及载在氧化镁上的钴、钼等。
但这些催化剂在多处于研究阶段，尚不具备工业化条件，有待进一步研究开发。
1.2 乙苯催化脱氢法这是目前生产苯乙烯的主要方法，目前世界上大约90%的苯乙烯采用该方法生产。
它以乙苯为原料，在催化剂的作用下脱氢生成苯乙烯和氢气。
反应方程式如下：C6H5C2H5→ C6H5CHCH2 + H2↑同时还有副反应发生，如裂解反应和加氢裂解反应：C6H5C2H5 + H2↑→ C6H5CH3+ CH4C6H5C2H5 + H2↑→C6H6 + CH3CH3C6H5C2H5→ C6H6 + CH2CH2高温裂解生碳：C6H5C2H5→8C + 5H2↑在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应：C6H5C2H5 + 2H2O →C6H5CH3 + CO2 + 3H2此外还有高分子化合物的聚合反应，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯的衍生物等。
2 环氧丙烷-苯乙烯联产法环氧丙烷-苯乙烯（简称PO/SM）联产法又称共氧化法，由Halcon公司开发成功，并于1973年在西班牙首次实现工业化生产。
在130-160℃、0.3-0.5MPa下，乙苯先在液相反应器中用氧气氧化生成乙苯过氧化物，生成的乙苯过氧化物经提浓到17%后进入环氧化工序，在反应温度为110℃、压力为4.05MPa条件下，与丙烯发生环氧化反应成环氧丙烷和甲基苄醇。
实验一 乙苯脱氢制苯乙烯
4.2 实验一 乙苯脱氢制苯乙烯一 实验目的（1）了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，在固定床单管反应器中制备苯乙烯的过程。
（2）学会稳定工艺操作条件的方法。
二 实验原理1．本实验的主副反应 主反应：副反应：在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：此外还有芳烃脱氢缩合苯乙烯聚合生成焦油和焦等。
这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。
（1）影响本反应的因素 1）温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，00>∆H，从平衡常数与温度的关系式20ln RT H T K pp ∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。
但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。
本实验的反应温度为：540~600℃。
2）压力的影响乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式n p K K =γ∆⎪⎪⎭⎫⎝⎛∑i nP 总可知，当γ∆>时，降低总压总P 可使n K 增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。
本实验加水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
较适宜的水蒸气用量为：水∶乙苯=1.5∶1（体积比）或8∶1（摩尔比）。
3）空速的影响乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。
（2）催化剂本实验采用氧化铁系催化剂其组成为：Fe2O3—CuO—K2O3—CeO2。
三预习与思考（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？如何判断？如果是吸热反应，则反应温度为多少？实验室是如何来实现的？工业上又是如何实现的？（2）对本反应而言是体积增大还是减小？加压有利还是减压有利？工业上是如何来实现加减压操作的？本实验采用什么方法？为什么加入水蒸气可以降低烃分压？（3）在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？哪几种气体产物生成？如何分析？四实验装置及流程见图4.2-1。
苯乙烯生产—乙苯催化脱氢生产苯乙烯的工艺参数
本讲学习了苯烷基化和乙苯催化脱氢两个反应过程中的工艺参数及确 定，理解工艺参数对反应过程产生的影响，对学习乙苯脱氢生成苯乙烯 的工艺流程有重要帮助。 思考题： 请根据生产原理确定乙苯催化脱氢过程的工艺参数。
2、脱氢反应工艺参数
（3）水蒸气用量 目的：降低原料乙苯的分压，有利于主反应的进行。 选用水蒸气做稀释剂的好处： ①降低乙苯分压，改善化学平衡，提高平衡转化率； ②热容大，利于反应温度稳定； ③脱除催化剂表面的积炭，恢复催化剂活性，延长催化剂再生周期； ④置换吸附在催化剂表面的产物，有利于产物脱离催化剂表面，加快产品生成速度； ⑤容易与反应物分离。
1、苯烷基化反应工艺参数
（2）反应压力
压力对气液相反应平衡影响不大。 热力学计算：乙烯在接近常压5～6MPa下操作。 使用AlCl3催化剂：乙烯与苯通常在常压下进行反应。
（3）原料配比
1、苯烷基化反应工艺参数
乙烯对苯摩尔比增加，乙苯的生成 量增加，多乙苯的生成量也增加。
原料配比超过0.6，乙苯生成量增 加不显著，多乙苯生成量显著加大。
1、苯烷基化反应工艺参数
苯中的硫化物：总质量含量＜0.1%。 甲苯：在AlCl3作用下生成甲乙苯，造成乙苯分离困难，且增加原料乙烯 的消耗。 过量水：将AlCl3水解，HCl腐蚀设备，Al(OH)3堵塞管道和设备。苯中 含水量一定要精确计算，一般含水量应小于500～700mg/kg。
2、脱氢反应工艺参数
2、脱氢反应工艺参数
转化率 反应温度/K
853 873 893 913
0 0.35 0.41 0.48 0.55
n(水蒸气)：n(乙苯) 16
0.76 0.82 0.86 0.90
18 0.77 0.83 0.87 0.90
苯乙烯生产原理
苯乙烯生产原理1.1.1乙苯脱氢反应机理1.2.1.1脱氢反应乙苯通过强吸热脱氢反应生成苯乙烯，C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2反应进行程度受化学平衡制约，气相状态下的平衡常数是P（苯乙烯）× P（氢）Kp = ————————————P（乙苯）PT×Y（苯乙烯）×Y（氢）= ————————————Y（乙苯）这里：P：表示分压；Y：表示摩尔分数；PT：表示总压。
对于气相吸热反应而言，反应平衡常数随温度上升而增加，温度与平衡常数的关系如下：lnKp=A-B/T这里：T:K ；Kp:atm；A=15.685；B=14990(根据API工程数据手册44页)。
所以高温有利于乙苯向苯乙烯转化。
1.2.1.2热反应：乙苯能在高温没有催化剂条件下转化生成苯乙烯。
在目前的催化工艺中，如果温度太高也会发生热反应。
在乙苯生成苯乙烯的热反应中，主要的副产物是苯及其转化生成的复杂的高级芳烃混合物（例如：蒽或芘）和焦碳。
低于600℃以下，热反应发生并不明显，在655℃以上时，就成为影响总产率的重要因素。
甚至在有蒸汽存在下（它能够吹走焦碳），在催化剂床层中，只要温度过高，这些热反应都将发生。
减弱热反应的方法之一就是在乙苯进入催化剂床层之前避免将乙苯加热足够的反应温度（超过620℃），就是说，将乙苯和部分用来抑制结焦的稀释蒸汽过热到低于580℃，然后在催化剂床层入口与大部分稀释蒸汽混合。
主蒸汽被加热的温度必须保证过热乙苯/水蒸气混合物达到催化剂床层入口温度要求。
在二级反应系统中，二段床层入口处安装一台反应器出料再加热器有利于抑制热反应。
再加热器安装在二段反应器顶部。
在催化剂床层顶部，从一段出口到二段反应器之间的体积对热反应影响不大，因为温度正好低于580℃。
控制热反应最重要的一点就是催化剂床层的结构。
径向外流式比轴流或径向内流具有较底的入口容积，当气相进料通过催化剂床层时可获得理想的分布。
苯乙烯的合成工艺
二、乙苯催化脱氢合成苯乙烯的工艺流程脱氢反应：强吸热反应；反应需要在高温下进行；反应需要在高温条件下向反应系统供给大量的热量。
由于供热方式不同，采用的反应器型式也不同。
工业上采用的反应器型式有两种：一种是多管等温型反应器，是以烟道气为热载体，反应器放在加热炉内，由高温烟道气，将反应所需要的热量通过管壁传递给催化剂床层。
另一种是绝热型反应器，所需要的热源是由过热水蒸气直接带入反应系统。
采用这两种不同型式反应器的工艺流程，主要差别：脱氢部分的水蒸气用量不同；热量的供给和回收利用方式不同。
（一）多管等温反应器脱氢部分的工艺流程反应器构成：是由许多耐高温的镍铬不锈钢钢管组成；或者内衬以铜锰合金的耐热钢管组成；管径为100～185mm；管长为3m；管内装填催化剂；管外用烟道气加热（见图4-9，P182）。
多管等温反应器脱氢部分的工艺流程图见图4-10（P182）所示。
反应条件及流程：1.原料乙苯蒸气和一定量的水蒸气混合；2.预热温度(反应进口)：540℃；3.反应温度(反应出口)：580～620℃；4.反应产物冷却冷凝：液体分去水后送到粗苯乙烯贮槽；不凝气体含有90%左右的H2，其余为CO2和少量C1及C2 可作为燃料气，也可以用作氢源。
5.水蒸气与乙苯的用量比（摩尔比）为6～9:1； (等温反应器脱氢，水蒸气仅作为稀释剂用)。
6.讨论：(1)等温反应器:要使反应器达到等温，沿反应器的反应管传热速率的改变，必须与反应所需要吸收热量的递减速率的改变同步。
(2)一般情况下，出口温度可能比进口温度高出几十度(传递给催化剂床层的热量，大于反应时需要吸收的热量。
)(3)催化剂床层的最佳温度分布以保持等温为好。
(4)在反应初期, 温度比较低有利:在反应初期,乙苯浓度高，平行副反应竞争激烈。
温度比较低，有利于抑制活化能比较高的裂解和水蒸气转化等副反应的进行。
(5) 接近反应器的出口，温度比较高有利:接近反应器的出口，乙苯浓度降低，反应的推动力减小，提高反应温度，不仅可以增大反应速度常数，也可以提高反应的推动力，从而加快脱氢反应速度，使乙苯能达到比较高的转化率。
乙苯制取苯乙烯方程式
乙苯制取苯乙烯方程式乙苯制取苯乙烯方程式一、介绍乙苯制取苯乙烯是一种重要的有机化工反应，也是工业上生产苯乙烯的主要方法之一。
本文将从反应原理、反应条件、反应机理等方面详细介绍乙苯制取苯乙烯的相关知识。
二、反应原理在高温条件下，乙苯可以发生脱氢反应，生成苯乙烯和氢气。
其化学方程式为：C6H5CH3 → C6H5CH=CH2 + H2三、反应条件1.温度：该反应需要在高温下进行，通常在400-500℃左右。
2.催化剂：常用的催化剂为氧化铝、硅铝酸盐等。
3.压力：该反应需要在较低的压力下进行，通常为0.1-0.3MPa。
四、反应机理该反应属于脱氢反应，其机理如下：首先，通过吸收能量（如热能）使得乙苯中的碳-氢键断裂，形成一个自由基。
这个自由基随后与催化剂表面上的一个吸附态氧原子结合，形成一个临时的碳-氧键。
接着，自由基中的另一个氢原子被催化剂上的吸附态氧原子夺取，生成水分子和一个新的自由基。
最后，这个自由基与催化剂表面上的另一个吸附态氧原子结合，形成苯乙烯和催化剂表面上的活性位点。
五、反应优化1.提高反应温度可以促进反应速率，但过高的温度会导致产物分解或失活。
2.选择合适的催化剂可以提高反应效率和选择性。
3.控制反应压力可以避免产物分解或失活。
4.采用循环式反应可以提高产物收率。
六、总结乙苯制取苯乙烯是一种重要的有机化工反应，其原理是通过脱氢反应将乙苯转化为苯乙烯和氢气。
该反应需要在高温下进行，并使用适当的催化剂和较低压力。
通过优化反应条件可以提高产物收率和选择性。
乙苯脱氢制苯乙烯
实验7 乙苯脱氢制苯乙烯苯乙烯，C 6H 5CH=CH 2，C 8H 8，是不饱和芳烃最简单，最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料，如结晶型苯乙烯，橡胶改性抗冲聚苯乙烯，丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS ），苯乙烯—丙烯腈共聚物(SAN)，苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)和丁苯橡胶(SBR)等。
苯乙烯的生产方法很多，主要有乙苯脱氢法和共氧化法（联产环氧丙烷），乙苯脱氢法占世界苯乙烯总产量的90％。
本实验是以乙苯为原料，用气—固相催化脱氢法制苯乙烯。
一．实验目的１．掌握乙苯气相催化脱氢的基本原理和实验方法，掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响；2． 熟悉反应器、汽化器等结构特点；3． 了解反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法； 4． 了解反应产物的分析测试方法。
二．实验原理乙苯脱氢为可逆吸热反应：主反应: C 8H 10 C 8H 8 + H 2 △H 873K = 125 kJ/mol （１）除脱氢反应外，还发生一系列副反应，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、烯烃、焦油等，如：C 8H 10 C 6H 6+ C 2H 4 △H 873K = 102 kJ/mol （２）C 8H 10 + H 2 C 7H 8 + CH 4 △H 873K = - 64.4 kJ/mol （３） C 8H 10 + H 2 C 6H 6 + C 2H 6 △H 873K = - 41.8 kJ/mol （４） C 8H 10 8C + 5H 2 △H 873K = - 1.72kJ/mol （５） 乙苯脱氢反应是一个吸热、摩尔数增多并需要催化剂的复杂过程。
由于反应是吸热反应，随着温度的升高，脱氢反应加快，苯乙烯收率也迅速增加。
反应温度过高，脱氢反应加快，但苯乙烯收率增加变慢，即副反应大大加快，所以反应温度一般控制在550-62０℃范围内。
反应（2）、（3）是两个主要的平行副反应，这两个副反应的平衡常数大于乙苯脱氢生成苯乙烯的平衡常数，因此，如果从热力学分析看，乙苯脱氢生产苯乙烯的可能性确实不大,所以要采用高选择性的催化剂，增加主反应的反应速率，反应是可以实现的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
南京工业大学化学化工学院《化工过程与工艺设计》设计题目乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计学生姓名吴美妍班级、学号化工100704 指导教师姓名林陵设计时间 2013年 6 月27日-2013 年7月12日课程设计成绩：指导教师签字目录第一部分设计说明书前言·······················错误!未定义书签。
第一章概述····················错误!未定义书签。
工艺路线与产品················错误!未定义书签。
···················错误!未定义书签。
···················错误!未定义书签。
···················错误!未定义书签。
第二章原料与产品的性质··············错误!未定义书签。
原料性质···················错误!未定义书签。
产品性质···················错误!未定义书签。
第四章安全和工业卫生···············错误!未定义书签。
第五章三废排放及治理方案·············错误!未定义书签。
第七章主要设备一览表···············错误!未定义书签。
表一非定型设备一览表（一）··········错误!未定义书签。
表二非定型设备一览表（二）·········错误!未定义书签。
第八章原料、动力消耗及排出一览表·········错误!未定义书签。
第二部分设计计算书第一章物料衡算··················错误!未定义书签。
第二章主要设备物料衡算、热量衡算和设备计算····错误!未定义书签。
进料泵····················错误!未定义书签。
液体汽化器H1 ·················错误!未定义书签。
反应器R1 ···················错误!未定义书签。
气气换热器H2 ·················错误!未定义书签。
第三章设备计算程序及说明·············错误!未定义书签。
反应器计算程序················错误!未定义书签。
回流比与塔板数作图··············错误!未定义书签。
第三部分附录附录1 符号说明··················错误!未定义书签。
附录2 参考文献··················错误!未定义书签。
附录3 ASPEN PLUS模拟计算结果···········错误!未定义书签。
附录4 PFD图附录5 PID图附录5 平面布置图附录6 立面布置图（可选）第一部分设计说明书前言苯乙烯是一种重要的石油化工基本原料，是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生产品。
其主要用于生产和制备聚苯乙烯(PS)、丁苯橡胶 (SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯—顺丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)树脂和不饱和聚酯等，并广泛用在电子、汽车、建筑、包装、日用轻工等领域中。
在世界上，苯乙烯的主要生产方法为乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脱氢法等。
其中，工业化的生产方法为乙苯催化脱氢法和乙苯共氧化法，两种方法所生产的苯乙烯分别占苯乙烯总产量的85%和15%。
目前，国内外生产苯乙烯的主要方法是乙苯脱氢法，它又包括Lummus/UOP乙苯脱氢工艺、Fina/Badger乙苯脱氢工艺和乙苯脱氢选择性氧化工艺（Smart工艺）3种工艺。
化工流程模拟(过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析并做出环境和经济评价的一门新兴技术。
它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术等学科相互结合的产物，在近几十年中发展迅速，并广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合领域。
Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。
Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。
该项目被命名为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。
1982年为了将其商品化，成立了Aspen Tech公司，并称之为Aspen Plus。
该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。
第一章概述生产方法苯乙烯的工业生产方法有：①烯和苯烷基化生成乙苯，乙苯经催化脱氢制苯乙烯；②乙苯氧化生成生成乙苯过氧化氢，然后与丙烯反应生成α—甲基苯甲醇和环氧丙烷，α—甲基苯甲醇脱水生成苯乙烯；目前，乙苯催化脱氢法制苯乙烯约占世界苯乙烯总产量的90%；乙苯过氧化氢法是70年代后越来越多采用的新工艺，其优点是联产环氧丙烷。
本设计计算采用乙苯脱氢法生产工艺。
工艺流程生产流程示意如下：图1-2 乙苯脱氢制苯乙烯流程图乙苯脱氢生产方法乙苯催化脱氢采用氧化铁（Fe2O3）作为催化剂，这种催化剂一般含有Cr2O3,并以KOH或K2O3为助催化剂，脱氢反应温度600℃左右。
巴斯夫法（等温过程）催化剂装在列管式反应器中，由外部可燃气体为反应器供热；绝热反应过程则直接加入过热水蒸汽于反应器中，为脱氢反应提供所需的热量。