乙苯脱氢反应器体积计算
年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书
年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书题目：年产2.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计设计条件：⒈常压反应，水蒸气稀释，副反应忽略。
⒉粗产品组成（脱水后的油相）摩尔分率：乙苯：苯乙烯=0.54:0.46。
⒊塔压力6kpa,相对挥发度按1.54计。
⒋塔顶乙苯含量0.97，塔釜乙苯含量0.01。
设计要求：⒈计算转化率，按其为平衡转化率的90%计，求得平衡组成，选定水蒸气的用量，求出平衡常数及反应温度。
⒉列出物料进出反应器的平衡表。
⒊根据进料组成，黏度估算全塔效率。
⒋根据条件及分离要求计算最小回流比，确定实际回流比，计算理论及实际塔板数，并确定加料板的位置。
⒌根据塔顶第一块的汽液条件设计塔径，塔板结构，并进行水力学性能校核。
⒍做负荷性能图。
⒎塔高的确定及接管尺寸。
⒏塔设计列表。
⒐画出塔的结构图。
㈠相关物性参数收集㈡反应计算机物料进出反应器的平衡表⒈ 设计条件，粗产物中乙苯∶苯乙烯＝0.58∶0.42 ,以苯乙烯计算转化率为x=0.42平衡转化率x e =90.042.0=0.4667⒉ 1mol 苯乙烯反应系统，平衡转化率为51.1%，平衡时系统组成为： 主反应 C 6H 5C 2H 5 = C 6H 5CHCH 2 + H 2 平衡时：1—0.46670.511 0.51125℃下，反应的θm r G ∆=),(2g H G m f θ∆+),(256g CHCH H C G m f θ∆—),(5256g H C H C G m f θ∆=246.18+0—162.09=84.09kJ/mol ； θmr H ∆=)(,2g H H m f θ∆+),(3256g H C H C H m f θ∆—),(3256g H C H C H m f θ∆=103.76+12.34=116.1kJ/mol ； θmr G ∆=﹣RT ㏑K θ T 1=298K,解得K θ（1）=1.41㏑)1()2(θθK K =R H mr θ∆（11T —21T ）假设系统中的水蒸气的物质的量为1mol,K θ（2）=x x -12(811++x )=511.01511.02-×(1511.011++)=0.21；解得T 2=811.23K选择反应温度为811.23K ，水争取与乙苯的物质的量之比1：10。
乙苯脱氢反应器体积计算
As——与非球形颗粒等体积圆球的外表面积 m2
As / Ap 2 As dv
s 1 对于球形颗粒， 对于非球形颗粒， s< 1 形状系数说明了颗粒与圆球的差异程度。 3 关系如下：
ds sdv s 2 da
2、混合颗粒的平均直径及形状系数 n 算术平均直径： d x d
经实验测定，摩擦系数与雷诺数的关系：
fm 150 1.75 Re M
则：ΔP=ΔP1+ ΔP2 2 uOG L0 (1 ) 2 uOG L0 (1 ) f f = 150 2 1 . 75 3 3
dS
dS
当 ReM
d s f uOG
f
1 10 1
时：ΔP=ΔP1
当ReM>103时：ΔP=ΔP2 设计要求：ΔP≤15% 降低压降的方法：降低流速、增大空隙率、减小床层高 度、增加催化剂颗粒直径等。
6、气固相催化反应速率的表示 反应量 反应速率 (反应区域)(反应时间) 上式中的反应区域，气固相催化反应有几种选择： (1)选用催化剂体积，反应速率单位为 kmol/(m3催化剂.h) (2)选用催化剂质量，反应速率单位为 kmol/(kg催化剂.h) (3)选用催化剂堆积体积，即反应器中催化剂床层体积，反应 速率单位为 kmol/(m3床层.h) 速率控制步骤：某一步骤的速率与其他各步的速率相比 要慢得多，以致整个反应速率取决于这一步的速率。（外 扩散控制、内扩散控制、表面过程控制） 当反应过程达到定态时，各步骤的速率应该相等，且反 应过程的速率等于控制步骤的速率。
当η≈1时，反应过程为动力学控制； 当η＜1时，反应过程为内扩散控制。 实际生产中采用的催化剂，其有效系数为0.01～1。可 通过实验测定。 内扩散对反应的影响：影响反应速率、影响复杂反应的 选择性。 改善内扩散影响的措施：制造孔径较大的催化剂、改变 催化剂工程结构 （3）、床层内的混合扩散 流体流经固定床时径向、轴向混合同时存在。 当反应器长度和催化剂粒径之比大于100时，轴向混合影 响可忽略不计。
乙苯脱氢反应器体积计算
工艺流程
新鲜乙苯和循环乙苯混合后与过热蒸汽一起进入两个串联的 固定床反应器。反应后的气体混合物进入冷凝器，冷凝物在
油水分离器分离，水经过净化后返回锅炉使用。物料经苯-甲
苯、乙苯回收塔、精制塔、残夜精制塔四个塔分离出苯、甲 苯、乙苯、苯乙烯和焦油。苯和甲苯再经分离，苯返回烃化 器，甲苯作为商品，乙苯返回脱氢工序。苯乙烯作为主要产 品送至储罐。焦油残留物从最后一个塔底排除。
结构
单器和双器 自由床和限制床 主体 气体分布装置 内部构件 换热装置 气固分离装置
固定床反应器
优点： 1、催化剂不易磨损，可长期使用，可用于高温高压下操作。 2、床层内流体的流动接近于理想置换流动 ，较少量催化剂 可获较大生产能力 3、停留时间可以控制，温度分布可以适当调节，特别有利于 达到高的转化率和高的选择性 缺点： 1、传热较差，温控难。 2、更换催化剂时必须停止生产 。 3、难使用小颗粒催化剂。
蒸气对催化剂有影响，只能采取降压操作。 实验室采用通水蒸气来降低反应产物分压，起降压作用，提 高平衡转化率。另外，水蒸气可以与沉积在催化剂上的碳发 生反应C+2H2O→CO2↑+2H2↑,使催化剂获得再生，延长了 催化剂的寿命。 3、空速 高空速可减少副反应，提高反应选择性 ，但转化率不高，原 料气需循环利用，增加了能耗，因此需综合考虑，选择最佳 空速。
乙烯脱氢反应器的选型
第二组：周晓晓 万薇薇 蔡霞 韩佳
单永雯 陈勇
王雪艳 吴洋洋
乙苯脱氢反应的反应原理及其工业化方法
反应原理：以乙苯为原料，按1.3~1.8水比加入过热水蒸 汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化 剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯主产品；副反应生 成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2。 主反应：
乙苯脱氢反应实验报告
乙苯脱氢反应实验报告乙苯脱氢制苯乙烯实验报告乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的(1)了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作;(2)掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
(3)掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
(4)掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下:主反应C6H5C2H56H5C2H3 + H2副反应C6H5C2H56 + C2H4C2H4 + H2H6C6H5C2H5 + H2H6+ C2H6C6H5C2H56H5,CH3+ CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2 影响因素2.2.1温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，?H00，从平衡常数与温度的关系式?H0??lnKP?可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡???2?TRT??P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，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 压力的影响?P?乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式KP?Kn?总?可??ni???知，当?γ0时，降低总压P总可使Kn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。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为:水:乙苯,1.2,2.6:1(质量比)。
2.2.3 空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本-1实验乙苯的液空速以0.6,1h为宜。
乙苯脱氢实验
乙苯脱氢实验摘要苯乙烯(SM)是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料，主要用于生产聚苯乙烯，也可用于制备丁苯橡胶、苯乙烯一顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酯等。
乙苯催化脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，采用的催化剂主要是Fe-K系催化剂，其中Fe2O3。
是活性组分、K2O是活性促进剂，K2O的引入使铁系催化剂的活性有了显著提高，可以在较低的水比下应用，但K2O含量过高存在着钾的流失问题。
.为了解决催化剂在使用过程中存在的问题，作者采用固定床反应器，以自制的高铁低钾氧化铁为催化剂，考察反应温度、进料比和催化剂活性对乙苯转化率、苯乙烯选择性和苯乙烯收率的影响，确定了最佳的工艺条件。
乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的主要组分是铁和钾。
在新鲜催化剂中,铁和钾形成铁钾化合物,最稳定的结构为KFe11O17(或K2Fe22O34).添加铈、钼、镁等，改善催化活性，提高反应产率。
关键词：乙苯脱氢，催化剂，铁化合物AbstractStyrene (SM) is the production of plastics and synthetic rubber in im portant basic organic raw materials, mainly for the production of polysty rene, can also be used for the preparation of a styrene-butadiene rubber, maleate-styrene block copolymers, unsaturated polyester, etc. Ethylben zene catalytic dehydrogenation method is by far the major domestic and foreign production of styrene, used catalyst methodology mainly Fe-K c atalysts, Fe2O3. Is the active component, K2O is active promoters, K2O i ntroduction to iron-based catalyst's activity has been significantly impro ved, can lower water ratios apply, K2O content too high potassium loss exists.. in order to solve the catalyst in the use process problems, the au thor takes a fixed bed reactor to self-made iron and low potassium oxide as a catalyst, visit reaction temperature, feed ratio and catalyst activityon Ethylbenzene conversion rate, the selectivity of polystyrene and styr ene yield, determine the best process conditions.• Keywords: Ethylbenzene; catalyst;iron compound;一、实验目的1、了解以乙苯为原料，氧化铁系为催化剂，利用固定床反应器装置制备苯乙烯的过程。
乙苯脱氢生产苯乙烯工艺知识讲解
（3）惰性气体 用水蒸气作脱氢反应的稀释剂具有下列优
点： ①降低了乙苯的分压，利于提高乙苯脱氢的平 衡转化率； ②可以抑制催化剂表面的结焦，具有消炭作用； ③提供反应所需的热量，且易与产物的分离。 ④阻止催化剂被还原成低价氧化态。
应选择适宜的水蒸气与乙苯的比例，通常 水蒸气：乙苯=（6-9）：1。
（4）乙苯液空速
应采用高空速，以提高选择性，常选0.6 h-1。
3. 乙苯脱氢工艺流程和反应器
（1）反应器型式与结构
根据供
绝热式反应器：过热蒸汽
（2）乙苯脱氢工艺流程
1）列管式等温反应器脱氢部分工艺流程
等温反应器工艺流程特点： a.乙苯转化率高、苯乙烯选择性高； b.水蒸气用量较少。 c.反应器制造费用高。
乙苯脱氢生产苯乙烯工艺
一、概述 苯乙烯 （styrene），C8H8 ， 1.用途
是高分子材料合成的重要单体。
共聚：聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂 （ABS树脂）； 与丁二烯反应：乳胶、合成橡胶。
CH CH2
二、乙苯脱氢法
1.乙苯催化脱氢的主副反应 主反应：
副反应：
2.乙苯脱氢工艺条件选择
（1）温度 平衡常数随温度的升高而增大，为避免副反应，
温度不应太高。 常选823-873K。
反应的平衡常数和平衡转化率随反应温度变 化曲线。
（2）压力
乙苯脱氢生成苯乙烯的反应是分子数增大的反应， 降低压力对生成苯乙烯有利。苯乙烯的工业生产 采用负压脱氢工艺，操作压力40-60 kPa。
2）绝热反应器反应工艺流程
绝热反应器工艺流程特点： a.反应器结构简单，制造费用低，生产能 力大，检修方便。 b.乙苯转化率低、苯乙烯选择性低； c.水蒸气用量多，工业废水多。
A0202-乙苯脱氢反应器的计算第五组解析
空隙体积 床层体积 颗粒体积 床层体积 床层体积
2、影响空隙率的因素
颗粒形状、颗粒粒度分布、颗粒表面粗糙度、充填方式、 颗粒直径与容器直径之比等
影响因素 颗粒形状 颗粒装填方式 颗粒的粒度分布 颗粒表面的粗糙度 越接近球形 越紧密 越不均匀 越光滑
ε 越小 越小 越小 越小
3、壁效应
3、催化剂性能与标志
1)活性：催化剂的活性是指催化剂改变反应速率的能力，即 加快反应速率的程度 a、比活性：大多数情况下，催化剂的表面积越大，催化活 性越高，因此，可用单位表面积上的反应速率即比活性来表 示活性大小。 b、转化率：用转化率表示催化剂的活性，是在一定反应时 间、反应温度和反应物料配比的条件下进行比较的 c、空时收率：空时收率是指单位时间内单位催化剂（单位 体积或单位质量）上生成目标产物的数量，常表示为：目的 产物千克数/[立方米（或千克）催化剂*小时]这个量直接给 出生产力。
2）选择性:催化剂的选择性是指催化剂促使反应向所 要求的方向进行而得到目的产物的能力。
生成的产物所消耗的原料量 选择性 100% 参加反应所消耗的原料量
3）使用寿命
使用寿命：指催化剂在反应条件下具有活性的使用时 间，或活性下降经再生而有恢复的累计使用时间 寿命曲线→三个时间段 成熟期 稳定期 衰老期
一、空隙率
ε径向 分布并不均 匀，贴壁处 最大，离壁 1～2 dp处 ε较大，而 中心处空隙 率较小。
由于器壁的存在对ε分布造成的这种影响及由此造 成对流体流动、传质和传热的影响，称为壁效应。 壁效应产生出床层径向截面上流速、温度及反应速率 都不均匀，恶化了反应器的操作性能。 dt/dp越大，壁效应的影响越小，一般工程上认为当 达8时，可不计壁效应。但是当dt/dp<8时，必须考虑壁 效应的影响。 举例：管式催化床内直径一般为25-40mm，而催化剂颗粒 直径一般为5-8mm，即管径与催化剂颗粒直径比相当小， 此时壁效应对床层中径向空隙率分布和径向流速分布及 催化反应性能的影响必须考虑。
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
（4）掌握色谱分析方法。
二实验原理主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应C 6H 5C 2H 5C 6H 5C 2H 3+H 2副反应C 6H 5C 2H 5C 6H 6+C 2H 4 C 2H 4+H 2C 2H 6C 6H 5C 2H 5+H 2C 6H 6+C 2H 6 C 6H 5C 2H 5C 6H 5－CH 3+CH 4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2影响因素乙苯脱氢反应为吸热反应，△H 0>0，从平衡常数与温度的关系式20ln RTH T K P P ∆=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂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，故应控制适应的反应温度。
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γ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑=ni总PKKnP可知，当△γ>0时，降低总压P总可使K n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。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显着，因此适宜的用量为：水：乙苯＝～：1（质量比）。
列管式等温反应器乙苯脱氢的工艺流程
列管式等温反应器乙苯脱氢的工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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乙苯脱氢反应器体积计算
乙苯脱氢反应涉及气体、液体和固体， 各相态的物理化学性质对反应器体积计
算有直接影响。
催化剂性能
催化剂的活性、选择性和寿命对反应 器的体积计算有重要影响。
反应条件
温度、压力、空速等反应条件的变化 会导致反应速率和产物分布的改变， 进而影响反应器体积。
设备结构和布局
反应器的内部结构、传热传质效率以 及设备布局等因素也会影响体积计算。
为了更好地理解和优化乙苯脱氢反 应过程，需要对反应机理进行深入 研究，包括反应动力学、催化剂失 活机制等方面。
开发新型催化剂
针对现有催化剂存在的活性低、选 择性差等问题，开发新型高效催化 剂是未来的重要研究方向之一。
强化传热传质研究
乙苯脱氢反应是一个强放热过程， 强化传热传质对于提高反应器的效 率和稳定性具有重要意义，因此需
关键参数影响
分析了温度、压力、空速等关键 参数对反应器体积的影响，结果 表明这些参数的变化均会对反应 器体积产生显著影响。
结果合理性评估
评估依据
根据乙苯脱氢反应的特点和工业生产 要求，对计算结果的合理性进行了评 估。
合理性判断
计算得到的反应器体积在合理范围内 ，能够满足工业生产的需求。同时， 关键参数的选择也符合实际生产条件 ，进一步验证了计算结果的合理性。
与其他方法或实验结果的比较
与文献值比较
将计算结果与文献报道的实验值进行了比较，发现二者基本一致，说明本计算 方法具有较高的准确性。
与其他方法比较
与其他计算方法相比，本方法在计算精度、计算速度等方面均表现出一定的优 势，且更适用于实际工业生产中的乙苯脱氢反应器体积计算。
05 影响因素及优化建议
影响体积计算准确性的因素
乙苯气固相催化脱氢反应实验
13. 分析完后，将温度都设置成30℃，将量程设为0， 待温度都降到80℃以下时，关闭电源开关，再关闭 载气。
实验数据记录
1. 在实验中，应每隔一定时间记录反应器和预热器 加热温度、催化剂床层温度。如有必要，也可以 轻轻拉动反应器内的测温热电偶，测定催化剂床 层的温度分布。
2. 讨论反应温度变化对反应平衡常数的影响，反应 动力学常数变化的影响，并作图讨论。
3. 讨论温度对反应平衡常数影响,温度对反应活化能 影响。
1. 在反应器底部放入少量岩棉，然后放入10～ 20cm高的瓷环，准确量取瓷环高度并记录，瓷环 应预先在稀盐酸中浸泡，并经过水洗、高温烧结， 以除去催化活性。
2. 用量筒量取20ml催化剂，然后用天平称量出催化 剂重量，并记录。
3. 将称好的催化剂缓慢加入到反应器中，并轻微震 动，然后记录催化剂高度，确定催化剂在反应器 内的填装高度。
- H1 -120679- 4.56T(J mol)
(4)
- H 2 -108750 7.95T(J mol)
(5)
- H3 -53145 13.18T(J mol)
(6)
主反应乙苯脱氢的化学平衡方程可以用下式来表示：
lnKp 19.67 -1.537 *10 4 T -0.5223lnT
(7)
8. 每个温度反应30～60min，可以由每组学 生自己确定。然后取下玻璃瓶，用分液漏
实验步骤
10. 检查色谱仪是否完好。
11. 将色谱仪的载气H2打开，待表压达到0.3MPa时， 打开色谱仪电源，设置参数。柱温100℃，进样器 温度160℃，检测器温度180℃。待设定温度达到以 后，调节基线，使其平稳。
(4) 学习气体在线分析的方法和定性、定量分 析，学习如何手动进样分析液体成分。了解 气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使
年产16万吨乙苯脱氢制苯乙烯精馏工艺设计(可编辑)
年产16万吨乙苯脱氢制苯乙烯精馏工艺设计第一章绪论1.1原料的主要性质与用途1.1.1乙苯的主要性质乙苯是无色液体,具有芳香气味,可溶于乙醇、苯、四氯化碳和乙醚,几乎不溶于水,易燃易爆,对皮肤、眼睛、粘膜有刺激性,在空气中最大允许浓度为100PPM。
乙苯侧链易被氧化,氧化产物随氧化剂的强弱及反应条件的不同而异。
在强氧化剂(如高锰酸钾)或催化剂作用下,用空气或氧气氧化,生成苯甲酸;若用缓和氧化剂或温和的反应条件氧化,则生成苯乙酮。
乙苯的其它性质如下表所示:表1 乙苯的相关性质序号常数名称计量单位常数值备注1 分子量106.1672 液体比重0.882 0℃3 沸点℃ 136.2 101325Pa4 熔点℃ -94.4 101325Pa5 液体热容量kJ/(kg K) 1.754 298.15K6 蒸汽热容量Kcal/(kg K) 0.285 27℃7 蒸发热kJ /mol 35.59 正常沸点下8 液体粘度 104kgSee/M2 0.679 20℃9 生成热Kcal/mol 2.98 20℃10 在水中溶解度11 燃烧热Kcal/mol 1101.1 气体12 闪点℃ 1513 自然点℃ 553.014 爆炸范围 %体积2.3~7.41.1.2乙苯的主要用途乙苯是一个重要的中间体,主要用来生产苯乙烯,其次用作溶剂、稀释剂以及用于生产二乙苯、苯乙酮、乙基蒽醌等;同时它又是制药工业的主要原料。
1.2 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)。
年产10万吨乙苯脱氢制苯乙烯反应器的设计
目录摘要 (V)Abstract (VII)第1章、绪论............................................................ - 1 -1.1乙苯原料......................................................... - 1 -1.1.1乙苯的主要性质............................................. - 1 -1.1.2乙苯的主要参数............................................. - 1 -1.2苯乙烯产品....................................................... - 2 -1.2.1苯乙烯的作用............................................... - 2 -1.2.2苯乙烯主要参数............................................. - 2 -1.3乙苯脱氢制苯乙烯反应的影响因素................................... - 3 -1.3.1温度....................................................... - 3 -1.3.2压力....................................................... - 3 -1.3.3水蒸气/乙苯进料比.......................................... - 4 -1.3.4空速....................................................... - 4 -1.3.5催化剂..................................................... - 5 -1.3.6杂质....................................................... - 5 -1.4工艺选择......................................................... - 5 -1.4.1Lummus/UOP乙苯脱氢法...................................... - 5 -1.4.2Fina/Badger乙苯脱氢法 ....................................... - 6 -1.4.3乙苯脱氢选择性氧化法(Smart工艺) ............................ - 7 -1.4.4环氧丙烷联产制苯乙烯法..................................... - 7 -1.4.5 裂解汽油抽提蒸馏回收法..................................... - 8 -1.4.6 丁二烯合成法............................................... - 8 -1.5反应器........................................................... - 9 -1.5.1反应器的选型............................................... - 9 -1.5.2列管式反应器的优点......................................... - 9 - 第2章、设计部分....................................................... - 11 -2.1设计任务书...................................................... - 11 -2.1.1乙苯脱氢主、副反应........................................ - 11 -2.1.2乙苯脱氢催化剂............................................ - 11 -2.1.3乙苯脱氢反应条件.......................................... - 11 -2.1.4反应器.................................................... - 12 - 2.2物料衡算........................................................ - 12 -2.2.1反应器.................................................... - 12 -2.2.2油水分离器................................................ - 13 -2.2.3乙苯-苯乙烯精馏塔......................................... - 15 -2.2.4甲苯-乙苯精馏塔........................................... - 16 -2.2.5苯-甲苯精馏塔............................................. - 17 -2.2.6苯乙烯精馏塔.............................................. - 17 - 2.3 热量衡算....................................................... - 18 -2.3.1蒸发器.................................................... - 18 -2.3.2第一预热器................................................ - 19 -2.3.3热交换器.................................................. - 19 -2.3.4第二预热器................................................ - 20 -2.3.5反应器.................................................... - 20 - 2.4动力学方程...................................................... - 22 - 2.5工艺设计........................................................ - 24 -2.5.1催化剂用量................................................ - 24 -2.5.2反应器列管数.............................................. - 25 -2.5.3换热面积.................................................. - 25 -2.5.4设计温度.................................................. - 26 -2.5.5设计压力.................................................. - 26 - 2.6、结构设计...................................................... - 26 -2.6.1反应器筒体直径............................................ - 26 -2.6.2反应器筒体高度............................................ - 27 -2.6.3反应器筒体厚度............................................ - 27 -2.6.4封头设计.................................................. - 28 -2.6.5反应床层压降.............................................. - 28 -2.7接管及零部件尺寸计算............................................ - 29 -2.7.1进、出料管................................................ - 29 -2.7.2导热油进、出口............................................ - 30 -2.7.3安全阀.................................................... - 30 -2.7.4温度计接管................................................ - 30 -2.7.5人孔设计.................................................. - 31 -2.8催化剂的装填.................................................... - 31 -2.9、校核.......................................................... - 33 - 第3章、技术展望....................................................... - 69 -3.1催化剂.......................................................... - 69 -3.1.1国内外研究进展............................................ - 69 -3.1.2发展趋势.................................................. - 69 -3.2新型反应器研究进展.............................................. - 70 -3.2.1无机膜反应器.............................................. - 70 -3.3新型工艺的开发.................................................. - 71 -3.3.1乙苯在CO2下制苯乙烯....................................... - 71 -3.3.2乙苯、乙烷法制苯乙烯...................................... - 71 - 第4章、总结........................................................... - 73 - 参考文献............................................................... - 75 - 致谢................................................................... - 77 - 附录一：外文文献....................................................... - 79 - 附录二：外文文献翻译................................................... - 83 -年产10万吨乙苯脱氢制苯乙烯反应器的设计摘要苯乙烯是石油化工生产中重要的基本原料之一，可用于生产PS、丁苯橡胶等诸多化工产品。
乙苯膜反应器脱氢工艺(一)
乙苯膜反应器脱氢工艺乙苯膜反应器脱氢工艺是一种重要的化工生产工艺，它在有机合成和石油化工领域有着广泛的应用。
这种工艺通过脱氢反应将乙苯转化为苯，是一种高效、环保的生产方式。
下面将从不同的角度对乙苯膜反应器脱氢工艺进行详细阐述。
工艺原理乙苯膜反应器脱氢工艺是通过在催化剂的作用下，将乙苯中的氢原子去除，生成苯的过程。
催化剂通常采用氧化锌或铬酸铝等物质，它能够催化乙苯的脱氢反应，提高反应速率和产物纯度。
脱氢反应的化学方程式为C6H5CH3 → C6H6 + H2，通过这个反应可以将乙苯转化为苯，并产生氢气作为副产物。
该工艺能够实现对乙苯的高效转化，同时产物的纯度也较高。
工艺装置乙苯膜反应器脱氢工艺的装置通常包括反应器、催化剂循环系统、分离装置和氢气回收系统等部分。
反应器是工艺的核心部分，催化剂循环系统用于保持反应器内催化剂的活性，分离装置则用于提取产物苯，氢气回收系统则可以将副产物氢气进行回收利用。
这些装置共同协作，实现了乙苯膜反应器脱氢工艺的高效运行。
工艺优势乙苯膜反应器脱氢工艺相比传统的脱氢工艺具有诸多优势。
首先，该工艺对环境友好，通过催化剂的作用可以在较低的温度下完成反应，减少了能耗和二氧化碳排放。
其次，该工艺可以实现对乙苯的高选择性转化，减少了副产物的生成，提高了产物的纯度。
再者，乙苯膜反应器脱氢工艺还具有反应速率快、操作简便等优点，能够提高生产效率，降低生产成本。
工艺应用乙苯膜反应器脱氢工艺在化工生产中有着广泛的应用。
它可以用于苯的生产，苯作为重要的有机化工原料，在合成树脂、涂料、橡胶、药品等领域有着广泛的用途。
同时，苯也是生产其他化工产品的重要中间体，其应用市场十分广阔。
因此，乙苯膜反应器脱氢工艺在化工生产中具有重要的地位，对推动化工产业的发展起着重要作用。
工艺挑战虽然乙苯膜反应器脱氢工艺具有诸多优势，但其也面临着一些挑战。
首先，催化剂的制备和循环利用是一个关键问题，催化剂的活性和稳定性对工艺的运行影响较大。
反应器体积的计算
aA bB rR sS
是一个方程式，允许按方程式的运算规则进行运算， 如将各相移至等号的同一侧。
aA bB rR sS 0
3. 转化率
目前普遍使用着眼组分A的转化率来描述一个化
学反应进行的程度。
定义：
xA
转化了的A组分量 A组分的起始量
⑵ 阿累尼乌斯关系
E
kc kc0e RT
kc0 ：指前因子，又称频率因子，与温 度无关，具有和反应速率常数相同的因次。
E：活化能，[J·mol-1]，从化学反应工 程的角度看，活化能反映了反应速率对温度 变化的敏感程度。
⑶ 反应级数 m，n：A，B组分的反应级数，m+n为
此反应的总级数。 如果反应级数与反应组份的化学计量系
热要求很高。 ⑵ 绝热反应器，反应器与外界没有热量交换，
全部反应热效应使物料升温或降温。 ⑶ 非等温、非绝热反应器，与外界有热量交换，
但不等温。
第一章 均相单一反应动力学和理想反应器
一、基本概念 1.化学反应式 反应物经化学反应生成产物的过程用定量关系式予 以描述时,该定量关系式称为化学反应式:
aA bB rR sS
rC
1 V
dnC dt
mol.m 3s1
必有：
rA
1 2
rB
1 3
rC
1 4
rD
5. 化学反应动力学方程
⑴ 对于体系中只进行一个不可逆反应的
过程： aA bB rR sS
rA kccAmcBn
mol m3s1
式中： cA，cB：A，B组分的浓度 m； kc为以浓度表示的反应速率常数，随反应级 数的不同有不同的因次。kc是温度的函数， 在一般工业精度上，符合阿累尼乌斯关系。
乙苯脱氢制苯乙烯实验数据处理
525
545
3307.104 苯 6658.800 甲苯 570507.563 乙苯 295791.750 苯乙烯 2.粗产品分析结果：
567
粗产品 反应 乙苯加 烃层液 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 温度℃ 入量 g 量 g 摩尔含量 摩尔含量 摩尔含量 摩尔含量 重 g 重 g 重 g 重 g x1 x2 x3 x4 525 5.4684 4.7370 0.0053 0.0187 0.0086 0.0358 0.7180 3.4270 0.2681 1.2555 545 5.3990 4.4634 0.0103 0.0343 0.0203 0.0798 0.5625 2.5441 0.4068 1.8052 567 5.4684 4.6426 0.0161 0.0561 0.0451 0.1855 0.3662 1.7366 0.5温度℃ 乙苯转化率 苯乙烯选择性 苯乙烯收率 525 0.3733 0.6268 0.2340 545 0.5288 0.6445 0.3408 567 0.6824 0.7277 0.4966
4.温度对转化率、选择性、收率的曲线图：
0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 520
粗产品 烃 g 4.7370 4.4634 4.6426 水 g 11.8734 12.1324 12.2738
组分 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯
峰面积 238.648 395.900 101825.070 27257.375
组分
峰面积
反应 温度℃
组分 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯
峰面积 7812.057 22346.150 562427.563 630480.813
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
（4）掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1 主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+H2副反应C6H5C2H5C6H6+C2H4C2H4+H2C2H6C6H5C2H5+H2C6H6+C2H6C6H5C2H5C6H5－CH3+CH4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2影响因素乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式ln K P H0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T P RT2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，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 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K P K n P总可ni知，当△γ >0 时，降低总压 P 总可使 K n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。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量 ,使反应温度比较稳定 ,能使反应产物迅速脱离催化剂表面 ,有利于反应向苯乙烯方向进行 ;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显着，因此适宜的用量为：水：乙苯＝ 1.2～ 2.6： 1（质量比）。
2.2.3 空速的影响乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以 0.6～1h-1为宜。
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告
乙苯脱氢制苯乙烯实验报告一实验目的（1）了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；（2）掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
（3）掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
（4）掌握色谱分析方法。
二实验原理2.1主副反应乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率，其反应如下：主反应C6H5C2H5C6H5C2H3+ H2副反应C 6H5C2H5C6H6+ C2H4C 2H 4 + H 2 C 2H 6C 6H 5C 2H 5 + H 2 C 6H 6+ C 2H 6 C 6H 5C 2H 5 C 6H 5－CH 3+ CH 4此外，还有部分芳烃脱氢缩合、聚合物以及焦油和碳生成。
2.2 影响因素2.2.1温度的影响乙苯脱氢反应为吸热反应，△H 0>0，从平衡常数与温度的关系式20ln RTH T K P P ∆=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂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，故应控制适应的反应温度。
2.2.2 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γ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑=ni 总P K K n P 可知，当△γ>0时，降低总压P 总可使K n 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。
实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。
水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。
但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝1.2～2.6：1（质量比）。
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角形排列： D
4 At
（N为圆整后的列管数）
At Nt 2 sin 60 +2e
3、床层传热面积的计算与校核：
A=
Q Kt m
≥A需
式中：K的计算根据经验选取。
谢谢！
高压反应器的筒体内要设置催化床、床外换热器、冷激气管和热电偶 管，有时还要放置开工预热用的电加热器。这些部件要在反应器内合 理地组合，催化剂的装载系数要高，气流分布要均匀，气流通过反应 器的压降要小。 机械结构要可靠，要考虑到反应器内某些部件处于高温状况下的机械 强度和温差应力等因素。 多段式催化床要妥善地设计段间气体和冷激气体的分布以及均匀混合 装置。
传热面积的计算与校核。
床层压力降的计算与校核。
催化剂用量的计算
空速Sv：单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料的标准体积流量。
SV
V0 N VR
接触时间τc：反应条件下，气体通过催化剂床层中自由空间所需要的时间。
VR C V0
T 101.3 103 1 SV 273 P 3600
ΔP=ΔP1+ ΔP2
2 2 u u L ( 1 ) L0 (1 ) f OG f OG 0 = 150 1 . 75 dS d S2 3 3
Pa
式中混合物的粘度 f
1 2 y i fi M i 1 2 y M i i
kg/m.s
简化式：当 ReM
d s f uOG
f
1 10 时：ΔP=ΔP1 1
当ReM>103时：ΔP=ΔP2 设计要求：ΔP≤15%P操
工业上降低压力降的办法：↑ε、↓L0、↓uOG、↑dS等。
固定床反应器的工艺计算内容（经验法）
催化剂用量的计算。
反应器高度和直径的计算。
一、空隙率
固定床内流体是通过催化剂颗粒构成的床层而流动， 了解催化剂床层的性质很必要。 空隙率是床层的重要特性之一，对流体通过床层的压 力降、床层的有效导热系数等都有重大的影响。
1、空隙率的含义
ε ：催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总 体积之比。
影响空隙率的因素
影响因素 颗粒形状 越接近球形 ε 越小
式中：V0：反应条件下气体的体积流量。
空时收率Sw：单位质量或体积的催化剂在单位时间内所获得的目的产 物量。
SW
WG WS
催化剂的负荷Sg：单位质量的催化剂在单位时间内通过化学反应所消 耗的原料量。
WW SG WS
床层线速度u:反应条件下气体通过催化剂床层自由截面的速率。
床层线速度u与空床速度u0:
V0 u At
空床速度u0:反应条件下气体通过床层截面时的速率。
V0 u0 At
反应器高度和直径的计算：
根据经验取u0→At→ΔP校核
V0 At u0
VR VR H u0 At V0
绝热时：
D
4 At
列管式：dt→n
或 n
2 dt 4
At
若为正三 n
4
VR d t2 H
颗粒装填方式
颗粒的粒度分布 颗粒表面的粗糙度
越紧密
越Hale Waihona Puke 均匀 越光滑越小越小 越小
三、 流体流过固定床层的压力降
压力降过大对反应的影响： 影响生产能力； 影响床层中的浓度和温度分布； 增加动力消耗。 降低压降的方法: 降低流速、 增大空隙率、 减小床层高度、 增加催化剂颗粒直径等。
压降的计算
乙苯脱氢反应器的工艺计算
第四组：曹颖秋、闫芹、顾艳、许文文、 邢海娇、杜凯旋、黄沈斐、杨传涛
固定床反应器的工艺计算
固定床反应器工艺设计原则 工艺设计不只是一个单纯的催化剂用量及优化计算，而是根据工艺的 特点和工程实际情况，应用工程的观点来确定最优工艺操作参数。
应根据工艺操作参数、设备制备和检修、催化剂的装卸等方面的要求 综合起来选用催化床的类型和结构。
设计方法
经验法：用实验室、中间试验装置或工厂现有装置中最佳条件测 得的数据，如空速、催化剂的空时收率及催化剂的负荷等作为设 计依据，按规定的生产能力计算并确定催化剂的用量、床高、床 径等的计算。该法简单，但精确度较差。 数学模型法：根据反应动力学可分为非均相与拟均相两类；根据催化
床中温度分布可分为一维模型和二维模型；根据流体的流动状况又可分 为理想流动模型（包括理想置换和理想混合流动模型）和非理想流动模 型。