毕业设计-15万吨年生产-乙苯脱氢制苯乙烯

3、主、副化学反应式
乙苯在脱氢反应器中主要发生下列反应：
主反应：C6H5C2H5→ C6H5CHCH2+ H2
副反应：C6H5C2H5+ H2↑ → C6H5CH3+ CH4
C6H5C2H5+ H2=↑ → C6H6+ CH3CH3
C6H5C2H5→ C6H6+ CH2CH2
4、原理、化学组成及化学性质
2.3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。
5、流程叙述
5.1脱氢反应总述：
EB蒸汽/蒸汽混合物与EB/蒸汽过热器二级反应器流出物进行热交换而产生过热，并进入一级反应器进口，在这里与主过热蒸汽混合，以便达到理想的一级反应器的进口温度。EB和蒸汽混合物径向从内向外地进入催化剂床层，一部分EB反应生成SM，由于进行吸热反应，温度降低。混合流出物与过热蒸汽进行换热而得到重新加热并径向通过第二个催化剂床层。大部分EB反应生成SM（受平衡限制）和少量副产品。
一．绪论
1、苯乙烯的性质和用途
苯乙烯（SM）是含有饱和侧链的一种简单芳烃，是基本有机化工的重要产品之一。苯乙烯为无色透明液体，常温下具有辛辣香味，易燃。苯乙烯难溶于水，25℃时其溶解度为0.066%。苯乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。
苯乙烯在空气中允许浓度为0.1ml/l。浓度过高、接触时间过长则对人体有一定的危害。苯乙烯在高温下容易裂解和燃烧。苯乙烯蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，其爆炸范围为1.1～6.01%（体积分数）。
二、苯乙烯生产全系统的物料衡算
取每小时产量为计算基准
1、反应系统
（流程方框示意图如下）
1.1反应系统进料量计算
（1）苯乙烯每小时产量：（年生产能力/开工时间）
1.5×108kg/7200h=20833.333kg/h
（2）每小时产量中纯苯乙烯量：（苯乙烯每小时产量×产品苯乙烯纯度）
20833.333×99.5%=20729.166kg/h
EB脱氢的主要操作和设计变量
（1）温度
（2）催化剂量及催化剂
生成SM的反应是吸热反应，所以反应混合物的温度随反应加深而降低。反应速率降低的原因其一是反应越来越接近平衡，反应推动力越来越小，其二在反应速率常数的降低。在一般设计中，在第一个三分之一的催化剂床层上，约有80%的温降产生。在基于这样的原理基础上，有一个很高的入口反应温度当然是很理想的。然而，与促进催化脱氢相比，高温更会增加非选择热反应和脱烃反应的速度而生成苯和甲苯。因此，要达到很好的选择性，需要有效的入口温度上限。
苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。
（3）苯乙烯每小时生成量：[每小时产量中纯苯乙烯量/（1－3%）]
20729.166/(1-3%)=21370.274kg/h
2.4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+ CH4
C6H5C2H5+ O2↑ → C6H5CHOOHCH3
C6H5CHOOHCH3+ CH3CHCH2→C6H5CHOHCH3+ C3H6O
C6H5CHOHCH3→ C6H5CHCH2+ H2O
本过程以乙苯计的苯乙烯产率约为65%，低于乙苯脱氢法的产率。但它还能生产重要的有机化工原料环氧丙烷，综合平衡仍有工业化的价值，故目前国外也有采用此法生产的。
2、各种苯乙烯生产工艺及比较
目前苯乙烯主要由乙苯转化而成，可通过如下四条工艺路线进行。
2.1苯乙酮法
较早采用苯乙酮法生产苯乙烯，其步骤主要分为氧化、还原和脱水三步，方程式如下：
C6H5C2H5+ O2→C6H5COCH3+ H2O
C6H5COCH3+ H2→ C6H5CHOHCH3
C6H5CHOHCH3→ C6H5CHCH2+ H2O
lnKP=A—B/T（T：K，KP：atm）
其中：A=16.0195，B=3279.47；
因此，温度升高，EB转化为SM的转化率亦随之升高。
EB/SM混合物还进行一些不受平衡控制的初级反应（副反应），其中首要的是脱烃反应，特性如下：
C6H5C2H5=C6H6+C2H4
C6H5C2H5+H2=C6H5CH3+CH4
反应器系统的流出物由于两个压力等级的蒸汽再生而进行冷却。冷却的反应器产品与部分未汽提的工艺冷凝液被过热降温，并在主冷凝器中冷凝。冷凝液因重力作用自动流至有机混合物/水分离器，而未冷凝的蒸汽进一步得到冷却并在调节冷却器中冷凝。调节冷凝器中的冷凝液也流向有机混合物/水分离器。在有机混合物/水分离中，芳烃和工艺冷凝液构成两个相位。被称之为“脱氢混合物（DM）”的芳烃相流进有机物分隔间，随后进行SM产品精馏和对未反应的EB、及副产物苯、甲苯和高沸物进行回收。水相因重力在有机混合物/水分离器的主分离室中分离。
去苯乙烯回收作循环乙苯返回反应系统物料来自返回炉油贮罐产品苯乙烯毕业设计15万吨年生产乙苯脱氢制苯乙烯1515苯乙烯产量hr二甲苯进入分离系统二甲苯量循环乙苯中二甲苯量本塔塔釜二甲苯量乙苯wt1二甲苯wt产品符合要求苯乙烯在苯乙烯精馏塔中的抽空损失量苯乙烯总损失脱氢后苯乙烯的33hr分离系统中生成焦油量进入苯乙烯精馏塔的总焦油量反应生成二聚体量消耗苯乙烯量分离系统中生成焦油量208210208210hr苯乙烯精馏塔聚合消耗苯乙烯量苯乙烯未溶量208210208210hr苯乙烯在分离系统中的抽空损失总损失量盐水冷凝器放空量油水分离器带走量焦油带走量聚合成焦油量苯乙烯在苯乙烯精馏塔中抽空损失占总抽空损失的苯乙烯在苯乙烯精馏塔中抽空损失hr进料组成
苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为AS塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为ABS塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。目前，其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产各种塑料和橡胶。世界苯乙烯生产能力在1996年已达1900万吨，目前全世界苯乙烯产能约为2150～2250万吨。
由于上述作用，单程EB转化率在温度、压力、催化剂、蒸汽稀释等方面受到限制，对实际的单级反应器来讲EB转化率只有40～50%。但是，如果出料被再加热到第一级入口温度，混合物便无法平衡。如果再加热的混合物被送到第二个催化剂床层，那么，它又可以进一步转化为SM，直至再次接近平衡。由于受到其他变量因素的影响，EB转化总量可达到70～85%。再加热和增加级数的过程可视经济效益多次重复，每增加一级，转化率和选择性便逐渐降低。因此，本设计采用两级反应器以获得较好的经济效益。
该法苯乙烯产率为75～80%，略低于乙苯脱氢法的产率，但中间副产物苯乙酮产值较高，苯乙烯的精制分离较容易。故此法在国外仍有采用。
2.2乙苯和丙烯共氧化法
本法首先在碱性催化剂作用下，使乙苯液相氧化成过氧化氢乙苯，然后与丙烯进行环氧化反应生成环氧丙烷，乙苯过氧化物则变为－苯乙醇，再经脱水得到苯乙烯，即：
苯乙烯（SM）是乙苯（EB）经过高吸热脱氢反应而生成：
EB=SM+H2
反应深度由平衡控制：
（1）汽态平衡常数为：KP=PSM×PH2/PEB=PT×YSM×YH2/YEB
其中：PT——系统总压；PSM(H2/EB)——各对应组分分压；YSM(H2/EB)—— 各对应组分摩尔分率；
（2）对于所有吸热气相反应，平衡常数随着温度的提高而增加，这时反应平衡关系如下：
工艺冷凝液用泵压送至用来除去夹带有机物的撇沫罐。一部分冷凝液被过滤，以除去催化剂尘末，然后用来对冷却的反应器流出物进行降温。净工艺冷凝液通过汽提除去溶解的有机物。冷凝液首先由汽提塔的塔顶液/进料内部换热器进行预热，然后通过蒸汽喷射器的直接蒸汽加热至工艺冷凝液汽提塔操作温度，以把塔中汽提过程中的损失降低到最低程度。从调节冷却器出来的未冷凝气体为脱氢废气，含有氢、二氧化碳、甲烷和大量的芳烃。气体通过压缩机入口罐，然后送往废气压缩机，压缩气体通过一个分离罐，然后再进入废气冷却器，冷却气体中的芳烃通过循环半柏油的洗涤而减少，并经冷却后返回吸收塔；废气则通过一个密封罐进入燃料补充系统而用作蒸汽过热器的燃料。
相对于EB进料而言，催化剂数量对优化操作起着重要的作用。催化剂太少，则不会接近平衡，而催化剂太多，则还没有完全通过催化剂床层EB转化就达到平衡并停止转化，而副反应继续进行，反应转化率和选择性降低（从物料平衡和装置生产率）。
目前有很多种EB脱氢催化剂，这些催化剂一般分为两类：（1）高活性、低选择性；（2）低活性、高选择性。采用低活性、高选择性催化剂的设计有比较好的效益。本设计装置拟采用的正是此种催化剂。如果在将来相当长的一段时间内想要提高生产率而又允许有一定的损失的话，高活性、低选择性催化剂可在同样的设备中装填使用。