苯乙烯生产工艺

0.04
乙苯生产过程设计
• 2.1 反应系统
• 2.1.4 反应的循环结构
•
未反应的苯和多乙苯
•苯
反应
分离
•乙Biblioteka Baidu
系统
系统
烯
乙苯
• 图2-1 乙苯合成的循环结构图
2. 乙苯生产过程设计
2.1.5 产量和进料量
2.1 反应系统
反应器出口乙苯流率
P Pma F2 f
1a
y1
y1
反应器出口二乙苯流率 P1b
循环进料量
F1r

F1 f

1
x1 x1

新鲜乙烯进料量 F0 f x0 F1 f F1r
总进料量
F1t F1 f F1r F0 f
（式 2-11）
（式 2-12） （式 2-13）
F1f=422.3mol/h F1r=619.3mol/h
F0f=524.4mol/h F1t=1566mol/h
2.2.1 分离序列 由于反应产物中存在未反应的苯、产物乙苯和副产物多乙苯，必须将产物乙苯
分离出来作为生产苯乙烯的原料，同时将未反应的苯和多乙苯循环使用。因此，存 在着分离序列的选择。本设计采用启发—试探法进行排序。排定塔序的推理法则如 下：
乙苯 二乙苯 三乙苯
苯 + 二乙苯
过程设计分析
•1. 1 乙苯生产过程的分析
–1.1.2 乙苯产品分离过程分析
• 在乙苯合成过程中，由于适宜的反应转化率较低，反 应器出口含大量未反应的原料；而且反应过程中伴有 多烷基化反应副反应，生成多烷基苯衍生物。因此， 必须对反应产物进行分离，将反应产物中的多烷基苯
• H2
•
乙苯 乙苯
苯乙烯 ＋ 苯 ＋ C2H4
乙苯生产过程设计
• 2.1 反应系统
• 2.1.1 反应物和产物分布
• 反应物为苯和乙烯 • 产物为乙苯（主产物）和二乙苯及三乙苯 • 设反应进料组成为乙烯和苯的摩尔比为x0 • 反应产物的分布（摩尔组成）如下： • 苯的摩尔分率=-0.0336x03+0.3174x02-0.9759x0+1.0002 • 乙苯的摩尔分率=-0.1008x03-0.6068x02+0.9345x0+0.0167 • 二乙苯的摩尔分率=-0.0516x03+0.1222x02+0.1929x0-0.0433 • 三乙苯的摩尔分率=-0.0423x03+0.2252x02-0.214x0+0.0666
当反应进料组成为乙烯和苯的摩尔比 x0 取 0.5 时，由式 2-5 和式 2-6 可得：
x1=0.4027 由式 2-7 至式 2-9 可得：
s1=0.7752
P1a=327.4mol/h
P1b=83.49mol/h
由物料平衡和反应产物可知反应器进料：
新鲜苯进料量
F1 f

P1a s1
P1c=11.46mol/h （式 2-10）
衍生物和未转化的反应物（主要是过量苯）分离出来。
过程设计分析
• 2 苯乙烯生产过程的分析
• 2.1 苯乙烯合成
• 苯乙烯的工业生产目前几乎全采用乙苯催化脱氢方法。
• 乙苯
苯乙烯 + H2
ΔH873 = 125 kJ/mol
• 乙苯催化脱氢在温度高达600℃左右进行。由于脱氢为 吸热过程，根据Le Chatelier’s原理，高温和低压 （现代工业装置中压力小于0.1MPa）有利于反应进行， 但在高温时苯乙烯和乙苯热分解显著，使苯乙烯收率 减低。其主要反应如下：
化工过程模拟与优化 课程设计报告
苯乙烯生产过程的设计与优化
指导教师：钱 宇 教授 陆恩锡 教授
学 生：周 章 玉 学 号： B98099 专 业：化 学 工 程
设计任务
乙烯
4.3.5, 5.4.6, 6.8.5
→ → → → → → 乙苯 → → → → → 苯乙烯
苯
1.3.5
7.6.2, 8.11.1, 9.5.1

P1a

0.0516 0.1008
x03 x03

0.1222
x
2 0
0.6068 x02
0.1929 x0 0.9345 x0
0.0433 0.0167
反应器出口三乙苯流率 P1c

P1a

0.0423 x03 0.2252 x02 0.214 x0 0.0666 0.1008 x03 0.6068 x02 0.9345 x0 0.0167
2. 乙苯生产过程设计
2.1 反应系统
2.1.6 反应器的确定 根据反应条件，本设计拟采用固定床反应器。反应器容积：
进料体积流率 G

F1t

P0TV 0 PT0
反应器容积 VR G
当反应进料组成 x0 取 0.5 时，反应器容积 VR=0.749m3。
2. 乙苯生产过程设计
2.2 分离系统设计
1.
乙苯生产过程的分析
• 1.1 乙苯合成
• 本设计拟采用苯和乙烯进行Friedel-Crafts烷基化反应合 成乙苯。
–苯 + C2H2 kJ/mol
乙苯
ΔH298 = -114
• 在芳烃烷基化中的主要问题在于：开始得到的烷基芳烃还 可能发生多烷基化反应。其主要反应如下：
–苯 + C2H2 –乙苯 + C2H2 –二乙苯 + C2H2 –2乙苯
苯乙烯生产过程的设计与优化
• 过程设计分析 • 乙苯生产过程设计
– 反应系统 – 分离系统设计 – 换热网络合成 – 乙苯过程流程
• 乙苯制苯乙烯过程设计
– 反应系统 – 分离系统设计 – 换热网络合成 – 苯乙烯过程流程
• 由苯制苯乙烯全过程设计 • 全流程经济衡算 • 技术经济评价
过程设计分析
反应的选择性 s1 可表示为产物组成的函数：
选择性

产物中乙苯分率 产物中乙苯分率 二乙苯分率

三乙苯分率
由式（2-1）至式（2-4）可得：
s1

0.1008 x03 0.6068 x02 0.9345 x0 0.0167

0.1947
x03

0.2594
x
2 0

0.9134
x0
乙苯生产过程设计
• 2.1 反应系统 • 2.1.2 反应条件
–气相连续反应 –反应温度：820oF，等温 –反应压力：300psia，等压 –催化剂：ZSM-5沸石催化剂
乙苯生产过程设计
2.1 反应系统
2.1.3 反应选择性和转化率
x1

x0

0.1947x03 0.2594x02 0.9134x0 0.04 0.3309x03 0.3132x02 0.6783x0 0.1299