年產(chǎn)20萬(wàn)噸苯乙烯的初步設(shè)計(jì)

1、摘 要苯乙烯是合成聚苯乙烯的主要材料，而聚苯乙烯的用途很廣；認(rèn)真分析苯乙烯的性質(zhì)，市場(chǎng)需求，原料來(lái)源及社會(huì)影響；了解苯乙烯制備過(guò)程，設(shè)計(jì)合理工藝流程；對(duì)流程過(guò)程進(jìn)行物料、熱量進(jìn)行恒算。因此面對(duì)當(dāng)今能源緊缺，高科技的新時(shí)代，新的能源是當(dāng)代人們面對(duì)的最大挑戰(zhàn)，同時(shí)面對(duì)我國(guó)的現(xiàn)狀，合成苯乙烯是一個(gè)形勢(shì)所迫的任務(wù)，同時(shí)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)起到很大的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞：苯乙烯，原料，用途，工藝流程 一、概述（一）苯乙烯的性質(zhì)和用途苯乙烯是一種重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯樹(shù)脂（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹(shù)脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）樹(shù)脂、丁苯橡膠和丁苯膠乳（SBRSBR膠乳

2、）、離子交換樹(shù)脂、不飽和聚酯以及苯乙烯系熱塑性彈性體（如SBS）等。此外，還可用于制藥、染料、農(nóng)藥以及選礦等行業(yè)，用途十分廣泛。1物理性質(zhì)1外觀與性狀： 無(wú)色透明油狀液體。熔點(diǎn)()： -30.6 沸點(diǎn)()： 146 相對(duì)密度(水=1)： 0.91 相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)： 3.6 飽和蒸氣壓(kPa)： 1.33(30.8) 燃燒熱(kJ/mol)： 4376.9 臨界溫度()： 369 臨界壓力(MPa)： 3.81 辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值： 3.2 閃點(diǎn)()： 34.4 引燃溫度()： 490 爆炸上限%(V/V)： 6.1 爆炸下限%(V/V)： 1.1 2化學(xué)性質(zhì)遇明火極易燃燒。光

3、或存在過(guò)氧化物催化劑時(shí)，極易聚合放熱導(dǎo)致爆炸。與氯磺酸、發(fā)煙硫酸、濃硫酸反應(yīng)劇烈，有爆炸危險(xiǎn)。有毒，對(duì)人體皮膚、眼和呼吸系統(tǒng)有刺激性?？諝庵凶罡呷菰S濃度為100ppm。苯乙烯在高溫下容易裂解和燃燒，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氫氣等。苯乙烯蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，其爆炸范圍為1.16.01。苯乙烯具有乙烯基烯烴的性質(zhì)，反應(yīng)性能極強(qiáng)，如氧化、還原、氯化等反應(yīng)均可進(jìn)行，并能與鹵化氫發(fā)生加成反應(yīng)。苯乙烯暴露于空氣中，易被氧化成醛、酮類(lèi)。苯乙烯易自聚生成聚苯乙烯（PS）樹(shù)脂。也易與其他含雙鍵的不飽和化合物共聚。（二）苯乙烯的生產(chǎn)狀況生產(chǎn)苯乙烯的原料是乙苯。目前，世界上90%以

4、上的乙苯是由苯和乙烯烷基化生產(chǎn)制得，一分子乙烯在適當(dāng)條件下與一分子苯作用生成一分子乙苯。而乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯是乙苯在催化劑作用下，達(dá)到550600時(shí)脫氫生成苯乙烯。工業(yè)上采用的方法是在進(jìn)料中摻入大量高溫水蒸氣，以降低烴分壓，并提供反應(yīng)所需的部分熱量，水蒸氣與烴的摩爾比（簡(jiǎn)稱(chēng)水比）視反應(yīng)器類(lèi)型的不同而異，范圍約在614之間。1我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)狀況自中石油蘭州石油化工公司合成橡膠廠(chǎng)采用傳統(tǒng)的三氯化鋁液相烷基化工藝2，建成一套5000噸/年苯乙烯生產(chǎn)裝置以來(lái)，我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)得到了飛速發(fā)展，2003年我國(guó)苯乙烯的總生產(chǎn)能力達(dá)到105.0萬(wàn)噸/年。近兩年來(lái)，由于跨國(guó)石油公司投資東移以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的強(qiáng)

5、力推動(dòng)，使我國(guó)苯乙烯的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。2005年上海賽科石化公司50.0萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置的開(kāi)車(chē)成功，標(biāo)志著我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)裝置進(jìn)入世界級(jí)規(guī)模。2005年我國(guó)苯乙烯的總生產(chǎn)能力達(dá)到193.5萬(wàn)噸，約占世界苯乙烯總生產(chǎn)能力的7.05%，占亞洲地區(qū)總生產(chǎn)能力的18.27%。2006年，我國(guó)又有多套苯乙烯裝置建成投產(chǎn)，其中包括中海油與殼牌化學(xué)公司合資在廣東惠州建設(shè)的一套55.0萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置，江蘇利士德化工（江蘇雙良集團(tuán)）在江陰建成的一套20.0萬(wàn)噸/年生產(chǎn)裝置、中石油錦州石油化工公司建成的一套8.0萬(wàn)噸/年生產(chǎn)裝置、海南實(shí)華嘉盛化工有限公司與江蘇嘉盛化學(xué)品工業(yè)有限公司共同出資建設(shè)的一套8.

6、0萬(wàn)噸/年生產(chǎn)裝置。2006年我國(guó)苯乙烯的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到285.5萬(wàn)噸，比2005年增長(zhǎng)約47.54%。其中中海油/殼牌合資公司是目前我國(guó)最大的苯乙烯生產(chǎn)廠(chǎng)家，生產(chǎn)能力達(dá)到56.0萬(wàn)噸/年，約占國(guó)內(nèi)苯乙烯總生產(chǎn)能力的19.61%；其次是上海賽科石油化工股份有限公司，生產(chǎn)能力為50.0萬(wàn)噸/年，約占國(guó)內(nèi)總生產(chǎn)能力的17.51 %；再次是中石化齊魯石油化工公司和江蘇利士德化工公司，生產(chǎn)能力分別為20.0萬(wàn)噸/年，約占國(guó)內(nèi)總生產(chǎn)能力的7.00%。其他主要的生產(chǎn)廠(chǎng)家還有中鐵聯(lián)合物流-常州東昊化工（生產(chǎn)能力為15.0萬(wàn)噸/年）、中石油吉林石油化工公司（生產(chǎn)能力為14.0萬(wàn)噸/年）、揚(yáng)子巴斯夫

7、苯乙烯系列有限公司（生產(chǎn)能力為12.0萬(wàn)噸/年）、中石化茂名石油化工公司（生產(chǎn)能力為12.0萬(wàn)噸/年）等等。有海外媒體預(yù)計(jì)，今年中國(guó)苯乙烯需求總量估計(jì)將達(dá)到438萬(wàn)噸，年產(chǎn)量約為200萬(wàn)噸；到2012年需求量將上升至約560萬(wàn)噸，而產(chǎn)量難以超過(guò)450萬(wàn)噸。這意味著中國(guó)苯乙烯供應(yīng)不足局面短期難改。為此，一些業(yè)內(nèi)專(zhuān)家已呼吁通過(guò)擴(kuò)能和革新現(xiàn)有裝置并建造新的大產(chǎn)能裝置來(lái)增加苯乙烯產(chǎn)量。中國(guó)苯乙烯年進(jìn)口量快速增長(zhǎng)，從1995年的30.58萬(wàn)噸、2000年的115.75萬(wàn)噸增至2004年的288.9萬(wàn)噸。2004年進(jìn)口苯乙烯占中國(guó)國(guó)內(nèi)總消費(fèi)量的74.7。而2003年和2004年，中國(guó)苯乙烯年出口量不足1萬(wàn)

8、噸。中國(guó)苯乙烯表觀消費(fèi)量已從1995年的54.84萬(wàn)噸、2000年的191.4萬(wàn)噸上升至2004年的386.8萬(wàn)噸。2烯的生產(chǎn)狀況目前，世界上生產(chǎn)苯乙烯的路線(xiàn)有三種3：一是乙苯氣相催化脫氫工藝，以乙苯為原料，藉助氧化鐵-鉻或氧化鋅催化劑，采用多床絕熱或管式等溫反應(yīng)器，在蒸汽存在下脫氫為苯乙烯。二是用丙烯、乙苯過(guò)氧化制取環(huán)氧丙烷時(shí)的副產(chǎn)品。三是從蒸汽裂解熱解汽油中用抽提蒸餾回收。（三）市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)1國(guó)際市場(chǎng)分析42010年底統(tǒng)計(jì)，世界苯乙烯產(chǎn)能8292萬(wàn)噸，其中，美國(guó)、日本、荷蘭、德國(guó)四國(guó)的苯乙烯生產(chǎn)能力之和占世界總產(chǎn)能的75%。20世紀(jì)90年代，全球苯乙烯年均增長(zhǎng)率為4.9%。2008年需求

9、2098.5萬(wàn)噸，但在2008年世界經(jīng)濟(jì)減速的背景下，2009年苯乙烯世界需求下降2.6%，達(dá)到2035萬(wàn)噸。但亞洲最大市場(chǎng)，中國(guó)的需求仍增長(zhǎng)約20%。預(yù)計(jì)2012年世界需求將有所回復(fù)，可望比2008年需求增長(zhǎng)4.2%。2008年以后，荷蘭、日本預(yù)定有大型裝置投產(chǎn)，預(yù)計(jì)需求增長(zhǎng)幅度將超過(guò)產(chǎn)能增長(zhǎng)。2008年裝置開(kāi)工率平均將達(dá)到1999年以來(lái)最高的90%以上。2007年世界苯乙烯新增產(chǎn)能120萬(wàn)噸/年，2008年將新增產(chǎn)能166萬(wàn)噸/年，2009年后將新增產(chǎn)能合計(jì)387萬(wàn)噸/年。2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析華東地區(qū)苯乙烯市場(chǎng)氣氛一般，賣(mài)盤(pán)主流價(jià)格在5800元/噸，少數(shù)在5850-5900元/噸，一手貿(mào)易商仍表

10、現(xiàn)安靜，部分市場(chǎng)二手商補(bǔ)倉(cāng)意向仍暫時(shí)不大，市場(chǎng)實(shí)際商談?dòng)邢?華南地區(qū)苯乙烯開(kāi)盤(pán)市場(chǎng)平穩(wěn)，主流賣(mài)盤(pán)價(jià)格在6200元/噸，下游開(kāi)工一般，終端需求恢復(fù)緩慢，中小廠(chǎng)家接單意向低迷。廠(chǎng)家動(dòng)態(tài)：撫順石化苯乙烯裝置開(kāi)工生產(chǎn)正常，報(bào)價(jià)持穩(wěn)于5800元/噸，暫無(wú)調(diào)整意向，近期貨源內(nèi)供為主，外銷(xiāo)仍有限。齊魯石化苯乙烯出廠(chǎng)價(jià)格暫穩(wěn)執(zhí)行6000元/噸，廠(chǎng)家裝置開(kāi)工正常，近期庫(kù)存多維持在正常水平，近期廠(chǎng)家控量銷(xiāo)售，貨源供應(yīng)稍顯一般。茂名石化苯乙烯外銷(xiāo)目前6000元/噸，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，外銷(xiāo)略顯一般，庫(kù)存正常在1180噸左右水平。二、生產(chǎn)方案的確定目前，世界上苯乙烯的生產(chǎn)方法主要有乙苯脫氫法、環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法、熱解汽

11、油抽提蒸餾回收法等，我國(guó)苯乙烯生產(chǎn)大多采用乙苯脫氫法。（一）主要生產(chǎn)方案51乙苯氧化脫氫法 乙苯氧化脫氫技術(shù)是用較低溫度下的放熱反應(yīng)代替高溫下的乙苯脫氫吸熱反應(yīng)，從而大大降低了能耗，提高了效率。氧化脫氫反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，在熱力學(xué)上有利于苯乙烯的生成。2環(huán)氧丙烷-苯乙烯聯(lián)產(chǎn)法 環(huán)氧丙烷-苯乙烯（簡(jiǎn)稱(chēng)PO/SM）聯(lián)產(chǎn)法又稱(chēng)共氧化法，由Halcon公司開(kāi)發(fā)成功，并于1973年在西班牙首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在130-160、a下，乙苯先在液相反應(yīng)器中用氧氣氧化生成乙苯過(guò)氧化物，生成的乙苯過(guò)氧化物經(jīng)提濃到17%后進(jìn)入環(huán)氧化工序，在反應(yīng)溫度為110、壓力為4.05MPa條件下，與丙烯發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)成環(huán)氧丙烷

12、和甲基芐醇。環(huán)氧化反應(yīng)液經(jīng)過(guò)蒸餾得到環(huán)氧丙烷，甲基芐醇在260、常壓條件下脫水生成苯乙烯。3熱解汽油抽提蒸餾回收法 從石腦油、瓦斯油蒸汽裂解得到的熱解汽油中直接通過(guò)抽提蒸餾也可以制得苯乙烯。GTC技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了采用選擇性溶劑的抽提蒸餾塔GT-苯乙烯工藝，從粗熱解汽油（來(lái)自石腦油、瓦斯油和NGL蒸汽裂解）直接回收苯乙烯。提純后苯乙烯產(chǎn)品純度為99.9%，含苯基乙炔小于50PPm。采用抽提技術(shù)將苯乙烯回收，既可減少后續(xù)加氫過(guò)程中的氫氣消耗，又避免了催化劑因苯乙烯聚合而引起的中毒，也增產(chǎn)了苯乙烯。據(jù)估算，一套以石腦油為裂解原料的30.0萬(wàn)噸/年乙烯裝置大約可回收約1.5萬(wàn)噸/年的苯乙烯。（二）苯乙烯

13、的生產(chǎn)方案的確定1生產(chǎn)方法的確定目前，全球苯乙烯年生產(chǎn)能力在2500萬(wàn)噸以上，其中90以上采用乙苯催化脫氫法生產(chǎn)，該工藝能耗過(guò)高、平衡轉(zhuǎn)化率低，尋找新的脫氫工藝很有必要。由于氧氣氣氛下的乙苯脫氫具有能耗低，不受平衡轉(zhuǎn)化率限制等特點(diǎn)，自從二十世紀(jì)七十年代發(fā)現(xiàn)某些形態(tài)的碳對(duì)乙苯氧化脫氫表現(xiàn)出良好的催化活性以來(lái)，科研工作者對(duì)此傾注了極大的熱情。70年代初，工業(yè)上開(kāi)發(fā)成功了以乙苯和丙烯為原料，聯(lián)產(chǎn)苯乙烯和環(huán)氧丙烷的新工藝，稱(chēng)為哈爾康（Halcon）法，現(xiàn)在世界上已經(jīng)建有多套規(guī)模比較大的生產(chǎn)裝置。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧丙烷，但苯乙烯的生產(chǎn)規(guī)模受到環(huán)氧丙烷需求量的限制，而且投資費(fèi)用也比較高。由于乙苯

14、脫氫受平衡的限制，需要高溫，并需要采用大量的水蒸氣，使生產(chǎn)成本增大。采用這種乙苯氧化脫氫法，就可以不受平衡的限制。因此生產(chǎn)苯乙烯的方法確定為乙苯氧化脫氫法62C6H5-C2H5 + O2 2C6H5-CH=CH2 + 2H2O2乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯的原理7主反應(yīng)： 117.8KJ/mol副反應(yīng)： -31.5KJ/mol -54.4KJ/mol在水蒸氣存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng)：此外還有芳烴縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串副反應(yīng)的發(fā)生不僅使反應(yīng)選擇性下降，而且極易使催化劑表面結(jié)焦進(jìn)而活性下降。3影響本反應(yīng)的因素 （1）溫度的影響 乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式可知，

15、提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過(guò)高副反應(yīng)增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)控制適宜的反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度為：540600。（2）壓力的影響乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系式可知，當(dāng)時(shí)，降低總壓P總可使Kn增大，從而增加了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)加水蒸氣的目的使降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸氣用量為：水：乙苯=1.5：1（體積比）或8：1（摩爾比）。（3）空速的影響 乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平衡副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時(shí)間的增加，副反應(yīng)也增加，苯乙烯的選擇性可能下降，適宜的空

16、速與催化劑的活性及反應(yīng)溫度有關(guān)，乙苯的液空速以0.6/h為宜。（4）催化劑本實(shí)驗(yàn)采用氧化鐵系催化劑。其組成為：Fe2O3CuOK2OCr2O3CeO2。三、工藝流程和工藝參數(shù)的確定（一）工藝流程的確定乙苯脫氫部分的工藝流程如圖。1工藝流程圖8圖1 乙苯脫氫部分工藝流程圖1 列管式反應(yīng)器；2 工藝?yán)淠崴?乙苯-苯乙烯分離罐；4甲苯-乙苯分離罐；5 苯乙烯精留; 6 ,7 ,8 ,9換熱器；12，13，15冷凝器； 14壓縮機(jī)；10泵；11殘油汽提塔；（二）工藝流程簡(jiǎn)述含有乙苯、甲苯、苯的混合液經(jīng)水蒸汽，由泵進(jìn)入列管式反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，主要發(fā)生乙苯脫氫生成苯乙烯，口的物料經(jīng)過(guò)冷凝,混合氣體進(jìn)入

17、分離器中，于廢水帶走一部分芳烴量，而加入2.6-二硝基對(duì)甲酚(C7H6N2O5)作為阻聚劑,起到阻止或延綬不飽和的作用。進(jìn)入到乙苯-苯乙烯塔中, 乙苯作為輕組分，苯乙烯作為重組分，使其分離，依次進(jìn)行乙苯，甲苯的回收，最后對(duì)苯乙烯進(jìn)行精留。而對(duì)苯、甲苯的回收時(shí)，只對(duì)生成的進(jìn)行回收，對(duì)于開(kāi)始加入的那些，繼續(xù)進(jìn)行使作，起來(lái)循環(huán)生產(chǎn)。1乙苯脫氫乙苯在水蒸氣存在下催化脫氫生成苯乙烯，是在段間帶有蒸汽再熱器的兩個(gè)串聯(lián)的絕熱徑向反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)所需熱量由來(lái)自蒸汽過(guò)熱爐的過(guò)熱蒸汽提供。在蒸汽過(guò)熱爐中，水蒸氣在對(duì)流段內(nèi)預(yù)熱，然后在輻射段的A組管內(nèi)過(guò)熱到880。此過(guò)熱蒸汽首先與反應(yīng)混合物換熱，將反應(yīng)混合物加熱到

18、反應(yīng)溫度。然后再去蒸汽過(guò)熱爐輻射段的B管，被加熱到650后進(jìn)入一段脫氫反應(yīng)器。過(guò)熱的水蒸氣與被加熱的乙苯在一段反應(yīng)器的入口處混合，由中心管沿徑向進(jìn)入催化劑床層?；旌衔锝?jīng)反應(yīng)器段間再熱器被加熱到500，然后進(jìn)入二段脫氫反應(yīng)器。反應(yīng)器流出物經(jīng)廢熱鍋爐換熱被冷卻回收熱量，同時(shí)分別產(chǎn)生3.14MPa和0.039MPa蒸汽。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻降溫后，送入分離器，不凝氣體（主要是氫氣和二氧化碳）經(jīng)壓縮去殘油洗滌塔,用殘油進(jìn)行洗滌，并在殘油汽提塔中用蒸汽汽提，進(jìn)一步回收苯乙烯等產(chǎn)物。洗滌后的尾氣經(jīng)變壓吸附提取氫氣，可作為氫源或燃料。反應(yīng)器流出物的冷凝液進(jìn)入液相分離器為烴相和水相。烴相即脫氫混合液（粗苯乙烯）

19、送至分離精餾部分，水相送工藝?yán)淠崴瑢⑽⒘坑袡C(jī)物除去，分離出的水循環(huán)使用。2苯乙烯的分離與精制本流程的特點(diǎn)主要是采用了帶有蒸汽再熱器的兩段徑向流動(dòng)絕熱反應(yīng)器，在減壓下操作，單程轉(zhuǎn)化率和選擇性都很高；流程設(shè)有尾氣處理系統(tǒng)，用殘油洗滌尾氣以回收芳烴，可保證尾氣中不含芳烴；殘油和焦油的處理采用了薄膜蒸發(fā)器，使苯乙烯回收率大大提高。在節(jié)能方面采取了一些有效措施，例如進(jìn)入反應(yīng)器的原料（乙苯和水蒸氣的混合物）先與乙苯-苯乙烯分餾塔頂冷凝液換熱，這樣既回收了塔頂物料的冷凝潛熱，又節(jié)省了冷卻水用量。3關(guān)鍵設(shè)備9蒸汽過(guò)熱爐；脫氫絕熱徑向反應(yīng)器；分離罐；廢熱鍋爐；液相分離器；冷凝器；壓縮機(jī)；泵；殘油汽提塔；殘

20、油洗滌塔；工藝?yán)淠崴?；乙苯苯乙烯分餾塔；乙苯回收塔；苯甲苯分離塔；苯乙烯塔；薄膜蒸發(fā)器；離罐；排放泵。4工藝參數(shù)的確定10年工作日：300天，每天24小時(shí)，乙苯總轉(zhuǎn)化率為55%； 配料比：烴 ：水蒸汽=1：2.6（質(zhì)量比） ；壓力P：床層平均操作壓力1.5 × 105 Pa。 5反應(yīng)簡(jiǎn)圖甲苯回收乙苯回收一段反應(yīng)器冷凝器分離器乙苯·苯乙烯反應(yīng)器混合物產(chǎn)品苯乙烯精餾圖2 反應(yīng)簡(jiǎn)圖6廢氣、廢渣的處理硫酸貯存罐廢物 圖3 廢氣、廢渣處理產(chǎn)生的甲烷，氫氣通過(guò)硫酸吸收掉水，進(jìn)入貯存罐里，最后做成合成氣：而對(duì)于產(chǎn)生的焦油，則通過(guò)復(fù)雜的加氫；對(duì)于其它物質(zhì)，則進(jìn)行合量的回收。四、主要設(shè)備

21、的物料衡算（一）物料衡算 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(guò)程。 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)： 117.8KJ/mol副反應(yīng)： -31.5KJ/mol -54.4KJ/mol在水蒸氣存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng)： 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%，苯乙烯、苯、甲苯各反應(yīng)選擇性分別為：(a)90%、(b)3%、(c)7%、 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定： 反應(yīng)混合原料組成：乙苯： 99%( W% )，甲苯：0

22、.8%，苯：0.2%，混合原料中不含其它二甲苯。 水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無(wú)結(jié)焦反應(yīng)。 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。 阻聚劑加入量為有機(jī)混合物量的0.03(W%)。 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%。 乙苯回收塔，塔頂乙苯0.1%，塔釜甲苯0.4%。 苯甲苯塔塔頂壓力160mmHg，塔頂甲苯0.5%，塔釜苯0.2%。 精餾塔塔頂苯乙烯回收率大于95%，乙苯塔頂0.3%，苯乙烯塔底0.25.精餾塔真空操作，塔頂壓力50m

23、mHg。 2計(jì)算總式11總物料恒算： F = D + W 易揮發(fā)組分的物料恒算：F XF = D XD + W XW F原料液量 KJ/molD塔頂餾出液量KJ/molW塔釜?dú)堃毫縆J/molXF原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) XD餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)XW殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)3物料衡算 表1 反應(yīng)器進(jìn)料（假設(shè)以20000kg/h原料進(jìn)料為基準(zhǔn)）甲苯20000×0.8%=160kg/h160÷92=1.74kmol/h乙苯20000×99%=19800kg/h19800÷106=187.792kmol/h苯乙烯20000×0.2%=4

24、0kg/h40÷78=0.512kmol/h進(jìn)反應(yīng)器的蒸汽量 ：19800×2.6=51480kg/h 51480÷18=2860kmol/h 反應(yīng)器的出料 ：一段反應(yīng)器的出料：據(jù)化學(xué)反應(yīng)式 乙苯總轉(zhuǎn)化率 55，選擇性 90； 生成的苯乙烯： 186.792×90%×55%=92.46kmol/h 生成的H2量：92.46 kmol/h 副反應(yīng)： 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式 選擇性 3% 生成的苯： 186.792×55%×3%=3.08kmol/h 生成的乙烯： 3.08 kmol/h 出料中的苯量： 3.08 + 0.51=3.59

25、kmol/h 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式 選擇性12 7%消耗H2量： 186.792×55%×7%=7.19kmol/h 生成的甲苯量：7.19 kmol/h 生成的甲烷量：7.19 kmol/h 表2反應(yīng)器出口的物料組成乙 苯 186.792×(1-55%)=84.05 kmol/h 苯乙烯 92.46 kmol/h 甲 苯 7.19 + 1.74=8.93 kmol/h 苯 3.08 + 0.51=3.59 kmol/h乙 稀 3.08 kmol/h 甲 烷 7.19 kmol/h 氫氣 92.46 7.19 = 85.72 kmol/h 表3反應(yīng)器出口的有機(jī)混合物質(zhì)量組

26、成乙 苯            84.05×106=8909.3 Kg/h               45.39 W%苯乙烯         92.46×104=9615.84 Kg/h     &

27、#160;        48.99 W%甲 苯            8.93×92=821.56 Kg/h               4.19 W%苯         

28、60;    3.59×78=280.02 Kg/h                1.43 W%合 計(jì)            19626.72 Kg/h            &

29、#160; 100.00 表4 冷凝器頂物料氫 氣         85.27 kmol/h 甲 烷           8.93 kmol/h 乙 稀          3.08 kmol/h 表5 冷凝器底物料乙 苯          84.05

30、 kmol/h 苯乙烯        92.46 kmol/h 甲 苯            8.93 kmol/h 苯             3.59 kmol/h 水          2860 kmol/h 分離

31、器底的廢水組成 ：因廢水中夾帶的芳烴量為500mgkg，芳烴組成同有機(jī)混合物廢水中夾帶的芳烴量51480×0.0005=25.74 kg/h 。表6 廢水中損失的芳烴量                        Kg/h            k

32、mol/h  乙 苯            25.74×0.4539=11.68 kg/h            0.11 苯乙烯          25.74×0.4899=12.61 kg/h      &

33、#160;     0.12甲 苯           25.74×0.0419 =1.08 kg/h           0.01 苯             25.74×0.0143 =0.36 kg/h  

34、0;        0.0047表7 分離器頂?shù)挠袡C(jī)混合物組成乙 苯             80.05-0.11 =79.94 kmol/h 苯乙烯             92.46-0.12=92.34kmol/h 甲 苯     &

35、#160;        8.93-0.01=8.92kmol/h 苯                 3.59-0.004=3.586kmol/h 阻聚劑加入量 (2.6-二硝基對(duì)甲酚，C7H6N2O5)，因?yàn)樽杈蹌┘尤肓繛橛袡C(jī)混合物的0.03W% 。阻聚劑加入量：19626.72×0.03% = 5.89 kmol/h即5.89 ÷ 198 =

36、0.032 kmol/h表8 乙苯苯乙烯塔的進(jìn)料13乙苯           79.94 kmol/h 苯乙烯         92.34 kmol/h 甲苯          8.92 kmol/h 苯          

37、60;  3.856 kmol/h 阻聚劑         0.029ol/h 進(jìn)料量 ： F179.94+92.34+8.92+3.586+0.032=184.82kmol/h表9 進(jìn)料組成進(jìn)料組成                        

38、mol% 乙苯              79.94÷184.82=0.43苯乙烯           92.34÷184.82=0.49甲苯               8.92÷184.82=0.048苯&

39、#160;                3.58÷184.82=0.019 阻聚劑            0.032÷184.82=0.00017 乙苯苯乙烯塔底(選輕關(guān)鍵組份為乙苯，重關(guān)鍵組份為苯乙烯)乙苯苯乙烯塔頂?shù)奈锪希篋1=79.94×（1-0.003）+92.34×0.0025+8.92+3.58

40、6=92.44 kmol/h X苯 =3.586÷92.44=0.038X乙苯 =79.94×（1-0.003）÷92.44=0.086X苯乙烯 =93.34×0.0025÷92.44=0.0025X甲苯 =8.92÷92.44=0.096乙苯苯乙烯塔底的物料： W1=F1D1=184.82-92.44=92.38kmol/h X苯 =79.94×0.003÷92.38=0.0026 X苯乙烯 =92.34×（1-0.0025）÷92.38=0.997甲苯/乙苯塔(選輕關(guān)鍵組份為甲苯，重關(guān)鍵組份

41、為乙苯 )進(jìn)料量 F2D192.03 kmol/h 乙苯回收塔塔頂?shù)奈锪希篋2=3.586+8.92×（1-0.4%）+79.94×0.003=12.71 kmol/h X苯 =3.586÷12.71=0.282X甲苯 =8.92×（1-0.4%）÷12.71=0.699X乙苯 =79.94×0.003÷12.71=0.018乙苯回收塔塔底的物料：  W2=F2-D2=92.44-12.71=79.73 kmol/h  X甲苯=8.92×0.4%÷79.73=0.00045  

42、;X乙苯=79.94×（1-0.003）÷79.93=0.996苯甲苯塔 (選輕關(guān)鍵組份為苯，重關(guān)鍵組份為甲苯)進(jìn)料量 F3=D2=12.71 kmol/h 苯甲苯塔塔頂?shù)奈锪希篋3 =3.586×（1-0.2%）+8.92×0.5%=3.6234 kmol/h X苯=3.586×（1-0.2%）÷3.6234=0.987X甲苯=8.92×0.5%÷3.6234=0.0123苯甲苯塔塔底的物料： W3=F3-D3=12.7-3.6234=9.0866kmol/h  X苯 =3.586×0.2%÷9.0866=0.00078 X甲苯 =8.92×（1-0.5%）÷9.0866=0.976 苯乙烯精餾塔(選輕關(guān)鍵組份為苯乙烯，重關(guān)鍵組份為焦油 )F4=W1=92.38 kmol/h 苯乙烯精餾塔塔