第三组 乙苯脱氢反应器的选型
年产20万吨乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计毕业论文设计
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)毕业设计20万吨年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计摘要苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。
本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况，苯乙烯反应的工艺条件，乙苯脱氢制苯乙烯催化剂，苯乙烯的生产方法和生产工艺。
本设计以年处理量20万吨乙苯为生产目标，采用乙苯三段催化脱氢制苯乙烯的工艺方法，对整个工段进行工艺设计和设备选型。
根据设计任务书的要求对整个工艺流程进行了物料衡算，并利用流程设计模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进行稳态模拟计算并绘制了带控制点的工艺流程图。
在设计过程中对整个工艺流程进行了简化计算，将整个流程分为了反应和精馏分离两个部分，利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟优化，并确定了整套装置的主要工艺尺寸。
由于本设计方案使用计算机过程模拟软件Aspen Plus进行仿真设计，减少了实际设计中的大量费用，对现有工艺进行改进及最优综合具有重要的实际意义。
关键词：乙苯，苯乙烯，脱氢，Aspen Plus，模拟优化AbstractStyrene Monomer（SM）is one of the most important organic chemicals. This article describes the present situation and development of styrene at conditions, catalyst for ethylbenzene dehydrogenation to styrene, styrene production methods and production processes.This design is based on the annual targets, ethylbenzene three-stage dehydrogenation using styrene in the process, the entire section in the process design and equipment selection. According to the requirements of the design of the mission statement of the entire process the material balance, process design simulation software Aspen Plus simulation of the whole process of the entire process, choose the appropriate operating unit module and thermodynamic methods, process model for steady-state simulation and draw the P&ID diagram. The entire process in the design process, simplify the calculation, the whole process is divided into reaction and distillation to separate the two parts, the use of computer simulation results on the entire process flow simulation and optimization, and determine the size of the main process of the entire device .This design using computer simulation software Aspen Plus simulation designed to reduce the substantial costs of the actual design, to improve the existing process and optimal synthesis ，Aspen Plus，Simulation and optimization目录1前言 (1)1.1苯乙烯现状及发展概况 (2)1.2乙苯脱氢制取苯乙烯反应工艺条件研究 (2)1.2.2温度 (2)1.2.3进料比 (3)1.2.4压力 (3)1.3乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究 (3)1.3.1国内外苯乙烯催化剂研究现状 (4)1.3.2国内催化剂研发的建议 (5)1.4苯乙烯生产方法概述 (7)1.4.1乙苯脱氢法 (7)1.4.2乙苯共氧化法 (7)1.4.3甲苯为原料合成苯乙烯 (8)1.4.4乙烯和苯直接合成苯乙烯 (8)1.4.5乙苯氧化脱氢 (8)1.5乙苯脱氢制苯乙烯工艺方法概述 (9)1.5.1LummusUOP乙苯脱氢工艺 (9)1.5.2FinaBadger乙苯脱氢工艺 (9)1.5.3乙苯脱氢选择性氧化工艺（Smart工艺） (10)1.6Aspen Plus软件及功能简介 (10)1.7本设计方案主要内容及意义 (12)2设计部分 (13)2.3设计任务书 (13)2.3.1乙苯催化脱氢主、副反应 (13)2.3.2乙苯脱氢催化剂 (13)2.3.3乙苯脱氢反应条件 (13)2.3.4乙苯脱氢工艺流程 (14)2.4物料衡算 (14)2.4.1脱氢绝热反应器 (15)2.4.2油水分离器 (17)2.4.3乙苯—苯乙烯精馏塔 (20)2.4.4甲苯—乙苯精馏塔 (21)2.4.5苯—甲苯精馏塔 (21)2.4.6苯乙烯精馏塔 (22)2.5Aspen Plus模拟工艺流程设计 (22)2.3.1状态方程及模块的选择 (22)2.3.2动力学方程选择 (23)2.3.3反应部分操作参数和关键控制 (24)2.3.4精馏部分操作参数 (34)3设计结果与讨论 (42)3.1苯乙烯工艺流程图及流程概述 (42)3.2Aspen Plus软件模拟流程及其简述 (43)3.2.1反应部分概述 (43)3.2.2分离部分模拟 (44)3.3主要设备工艺参数汇总 (44)3.3.1换热器组 (44)3.3.2反应器 (44)3.3.3精馏分离部分 (45)3.4公用工程一览 (45)3.4.1加热蒸汽 (45)3.4.2生产用电 (45)3.4.3冷却用水 (46)3.5讨论 (46)符号说明 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1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。
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：
固定床反应器的操作与控制—固定床反应器工艺计算
n
dP xidi i 1
2、调和平均直径
1 n xi
dP d i1 i
在固定床和流化床的流体力学计算中，用调和平均直径较为符合实验数据。
三、空隙率（ε） 催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之比。
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
影响因素 越接近球形
越紧密 越不均匀
越光滑
为降低热点温度，减少轴向温差，工业上从工艺上采取措施，其思路是调 整放热速率或移热速率。
0302-6 固定床反应器的工艺计算
总结固定床反应器的工艺计算内容和计算方法 固定床反应器的工艺计算，一般包括催化剂用量、反应器床层高 度和直径、传热面积及床层压力降的计算等。
固定床反应器的工艺计算，主要有经验法和数学模型法。
务点及其要求
0302-1 固体催化剂基础知识 理解催化剂的作用、基本特征，固体催化剂的组成、性能及其表征 0302-2 气固相反应宏观过程 了解气固相反应特点，理解气固相反应宏观过程，了解气固相反应本征动力学及
宏观动力学的含义 0302-3 固定床反应器内的流体流动及压力降计算 理解气固相流体流动相关的特性参数，了解流体在固定床中流动的特性，会应用
项目03 乙苯脱氢反应器的设计与选型 任务0302 乙苯脱氢反应器工艺设计
任务引入：
中山石化原3万吨/年苯乙烯，采用绝热式固定床反应器，试根据以下条件： 主反应：
C6H5-C2H5→C6H5CH = CH2+Ｈ2 （△H=124KJ/mol） 副反应： C6H5-CH2CH3 →C6H6+C2H4 工艺条件：反应温度：550～650 ℃; 常压; 蒸汽 / 乙苯质量比：8：1; 催化 剂：沸石催化剂或EBZ-500 沸石催化剂; 年生产时间为8300小时，乙苯总转化 率达40%，选择性为96%，空速为4830h-1,催化剂堆积密度为1520Kg/m3，生产中 苯乙烯的损失可忽略. 确定（1）催化剂用量；（2）床层的压力降；（3）所需换热面积。
乙苯脱氢工艺
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[size=+2]℃；3.反应温度(反应出口)：580～620[size=+2]℃；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。
乙苯脱氢工艺
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[size=+2]℃；3.反应温度(反应出口)：580～620[size=+2]℃；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。
乙苯脱氢反应实验报告
一、实验目的1. 了解乙苯脱氢反应的基本原理和过程。
2. 掌握乙苯脱氢反应的实验操作步骤。
3. 分析乙苯脱氢反应的影响因素，如温度、压力、催化剂等。
4. 通过实验，验证乙苯脱氢反应的可行性。
二、实验原理乙苯脱氢反应是指在催化剂的作用下，乙苯在高温、高压条件下脱去一个氢原子，生成苯乙烯和氢气。
该反应是一个可逆的强烈吸热反应，其化学方程式如下：\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{C}_2\text{H}_5 + \text{H}_2 \rightarrow\text{C}_6\text{H}_5\text{C}_2\text{H}_3 + \text{H}_2 \]本实验采用铁系催化剂进行乙苯脱氢反应，主要反应如下：\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{C}_2\text{H}_5 + \text{H}_2 \rightarrow\text{C}_6\text{H}_5\text{C}_2\text{H}_3 + \text{H}_2 \]三、实验材料与试剂1. 乙苯（分析纯）2. 氢气（纯度99.999%）3. 铁系催化剂4. 氮气（纯度99.999%）5. 温度计6. 压力计7. 实验装置四、实验仪器与设备1. 固定床反应器2. 真空泵3. 恒温水浴锅4. 真空干燥箱5. 气相色谱仪五、实验步骤1. 将乙苯、氢气和催化剂按一定比例混合均匀，装入固定床反应器中。
2. 将反应器置于恒温水浴锅中，调节温度至预定值。
3. 打开真空泵，将反应器中的空气抽出，用氮气置换至预定压力。
4. 开启氢气阀门，调节氢气流量至预定值。
5. 开启反应器加热电源，开始反应。
6. 在反应过程中，定时采集反应气体，用气相色谱仪分析反应产物。
7. 反应结束后，关闭加热电源，停止反应。
8. 计算乙苯脱氢反应的转化率和选择性。
六、实验结果与分析1. 温度对乙苯脱氢反应的影响实验结果表明，随着温度的升高，乙苯脱氢反应的转化率和选择性逐渐增加。
乙苯脱氢绝热式反应器的计算
乙苯脱氢绝热式反应器的计算
乙苯脱氢绝热式反应器是将乙苯和过氧化氢结合，并在恒定温度条件下经过一系列反应而产生一种有机衍生物的重要装置。
它主要用于高效、低污染、无二次污染的乙苯脱氢反应，是有机合成中一种重要的装置。
此外，乙苯脱氢反应也是精细化工领域中非常重要的一种反应，它可以解决高温、高压、高活性物质存在的问题，从而达到节能、节材、绿色的目的。
乙苯脱氢绝热式反应器的计算分为三个部分：反应器的尺寸计算、反应器的结构计算以及反应器的热力学计算。
1、反应器的尺寸计算。
在计算反应器尺寸时，应根据反应物的质量流量、反应物的浓度和反应器内部的物料均匀性等因素进行计算，以确定反应器的大小。
2、反应器的结构计算。
在计算反应器的结构时，应根据反应器的大小、加热方式、冷却方式等因素，结合乙苯脱氢反应的特点，分析反应器的结构和工作原理，以找出最优的结构组合。
3、反应器的热力学计算。
在计算反应器的热力学时，应根据反应物的温度、压力、质量流量和反应器内部的物
料均匀性等因素，对反应器内部的热力学状态进行充分分析，以确保反应器的热力学稳定。
以上三个部分的计算都是乙苯脱氢绝热式反应器设计过程中必不可少的步骤，它们可以帮助我们更好地理解乙苯脱氢反应器的工作原理，从而有效地控制反应器的运行状态，保证反应器的高效节能，节材，绿色化。
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。
乙苯脱氢反应器体积计算
(二)反应器床层高度及直径的计算
催化剂的用量确定后，催化剂床层的有效体积也就确定。很明显，床层 高度增高，床层截面积将变小，操作气速、流体阻力(动力)将增大；反之， 床层高度降低必然引起截面积(直径)增大，对传热不利或易产生短路等现象。 因此，床层高度与直径应通过操作流速、压降(即动力消耗)、传热、床层均 匀性等影响因素作综合评价来确定。 通常，床层高度或直径的计算是根据固定床反应器某一重要操作参数范 围或经验选取，然后校验其他操作参数是否合理，如床层压降不超过总压 力的15％。
(一)催化剂用量的计算
空速：单位体积的催化剂在单位时间内所通过的原料标准体积流量，称为空 间速率，简称空速。
停留时间r：指在规定的反应条件下，气体反应物在反应器内停留的时间，单位为s。
停留时间与空间速度的关系为
催化剂空时收率：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。
催化剂负荷：单位质量的催化剂在单位时间内所处理的某一原料量。
乙苯脱氢反应器的工艺计算
第一组 鲁双、徐甜 、苏宁、陈江云、张志远、奚丽莎、陆亚娟、陈磊
固定床反应器的工艺计算，一般包括催化剂用量、反应器床 层高度和直径、传热面积及床层压力降的计算等。
固定床反应器的工艺计算，主要有经验法和数学模型法。
经验法
经验法的设计依据主要来自于实验室、中间试验装置或工厂实际生产装置的数据。对中间 试验和实验室研究阶段提供的主要工艺参数如温度、压力、转化率、选择性、催化剂空时收率、 催化剂负荷和催化剂用量等进行分析，找出其变化规律，从而可预测出工业化生产装置工艺参 数和催化剂用量等。 固定床反应器的主要计算任务包括催化剂用量、床层高度和直径、床层压降和传热面积等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
乙苯脱氢实验反应器的改进
预热 汽 化与水 蒸 汽混 合进 入反 应器 进行 脱氢 反应 ， 乙苯脱 氢 实验是 比较典 型 的气 固相催 化反应 ， 目前
国内大部分院校都开有此实验 ， 通常采用乙苯和水
在汽 化 器 中汽 化 后 进 入 单 管 反 器 反 应 ， 图 １所 如 示， 汽化后 的乙苯 及水从 反 应器 上部 进入 进人 催化 剂床层 （ 反应 器下 部 ） 应 。汽 化 器 到反 应 器 之 问 反 的距 离虽 然尽 可 能 短 ， 竟是 二个 设 备 ， 毕 多一 个 连 接 多一 个 泄漏点 ， 设备 及操 作 费用 也不一 样 。温 其
重要 单 体 。乙苯 脱 氢实 验 是 将 乙苯 脱 氢 制 苯 乙烯 的工业 装置 缩小 建在 实验 室 中的一 种小 型装 置 ， 广 泛应 用 于教学 及 科 研 。 乙苯 脱 氢 制 苯 乙 烯 实验 装 置 的核 心设备 是 固定 床 积分 反应 器 。该 反应 器 也
是化 工过 程开 发 中常 用 的实 验 设 备 。既 可 以用 于 对产 品 的开发 研 究 、 选 工 艺条 件 ， 可 以用 于考 优 又
催 化 剂 高 温 区的 停 留 时 间 ， 高 苯 乙烯 的 收 率 。 提
关键词 ： 乙苯 脱 氢 ： 应 器 ； 率 反 收
１ 前 言 ．
２ 乙苯 脱 氢实 验现 状 ． 乙苯 气 固相催 化 脱 氢 工业 装 置 采 用 乙苯 单 独
苯 乙烯 是用 于生 产各 种 弹性 体 、 塑料 和树 脂 的
提 高平衡转 化 率 。故 实 验 中也 应加 入水 蒸 汽 ， 该 而
图 １ 乙苯 脱 氢 反 应 器
， Ｐ 、
我们 知道 乙苯 等烃 类物 质在 高温 下极 不稳 定 ，
实验三 乙苯脱氢
实验三乙苯脱氢制苯乙烯一．实验目的1．掌握乙苯脱氢实验的反应过程和反应机理、特点，了解副反应和生成副产物的过程。
2．学习气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器正常操作和安装。
3．自动控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小。
怎样控制床层温度分布。
4．了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件选择，学习如何手动进样分析液体成分。
5．学习微量泵和蠕动泵的原理和使用方法，学会使用湿式流量计测量流体流量。
二．实验仪器和药品乙苯脱氢气固反应器，气相色谱及计算机数据采集和处理系统，精密微量液体泵（苯），蠕动泵（水）。
乙苯脱氢催化剂，化学纯乙苯，蒸馏水。
（分析纯苯，分析纯甲苯）三．实验原理乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个吸热、分子数增加的可逆反应。
提高反应温度、降低反应压力，都能提高反应转化率。
乙苯脱氢生成苯乙烯反应转化率，不但受催化剂和工艺条件的限制，更受到热力平衡的限制。
为了提高反应的单程转化率，在80年代国外开发了乙苯脱氢—氢氧化新工艺。
我国燕山石化公司也在2001年首次采用了这种生产工艺。
由于反应产物中的氢气可以和空气中的氧气发生氧化反应，这样就破坏了原来的化学平衡，使反应向着有利于生成苯乙烯的方向进行。
同时，氢燃烧生成的热量，也正好用于反应物料的再加热，有利于节约能源，降低生产成本。
本实验仍然采用一步反应，即乙苯脱氢生成苯乙烯。
该反应所用催化剂为α—A l2O3上负载Fe元素，然后烘干、活化，得到工业用催化剂。
乙苯脱氢生成苯乙烯过程，在水蒸气存在下，有以下反应：主反应：C6H5C2H5→C6H5C2H3+H2⑴副反应：C6H5C2H5→C6H6+C2H4⑵C6H5C2H5+ H2→C6H5CH3+CH4⑶C+H2O→CO2+2H2CH4+H2O→CO+3H2C2H4+2H2O→2CO+4H2CO+ H2O→CO2+H2在实验中，前两个副反应生成的产物苯和甲苯留在了液相冷凝液中，而其他几个副产物都是挥发气体，进入尾气湿式流量计计量总体积后排出。
乙苯脱氢工业生产方法
乙苯脱氢工业生产方法
乙苯脱氢是一种重要的化学反应，用于生产苯乙烯。
以下是乙苯脱氢工业生产方法的详细解答：
1. 反应原理：乙苯脱氢反应是一个吸热反应，反应方程式如下：
C8H10 → C8H8 + H2
在催化剂的存在下，乙苯分子中的乙基（-CH2CH3）与氢原子（H）发生脱氢反应，生成苯乙烯（C8H8）和氢气（H2）。
2. 催化剂：乙苯脱氢反应通常使用催化剂来提高反应速率和选择性。
常用的催化剂包括氧化铁、氧化锌、氧化铜等金属氧化物催化剂。
3. 反应条件：乙苯脱氢反应需要在适当的温度、压力和反应物浓度下进行。
一般来说，反应温度在500℃至650℃之间，压力在常压或略高于常压的条件下进行。
反应物浓度通常控制在一定范围内，以确保反应的效率和选择性。
4. 反应器：乙苯脱氢工业生产通常采用固定床反应器或流化床反应器。
在固定床反应器中，催化剂固定在反应器内，反应物通过催
化剂床层进行反应。
而在流化床反应器中，催化剂颗粒在气流的作用下悬浮在反应器内，反应物与催化剂颗粒充分接触进行反应。
5. 产物分离：反应生成的苯乙烯和氢气需要进行分离和提纯。
一般采用冷却和压缩的方法将氢气分离出来，然后通过精馏等方法将苯乙烯提纯。
6. 催化剂再生：催化剂在使用一段时间后会失活，需要进行再生。
催化剂的再生通常采用空气或蒸汽进行氧化处理，以恢复其活性。
乙苯脱氢工业生产方法是一种重要的化工工艺，用于生产苯乙烯等化学品。
通过控制反应条件、选择合适的催化剂和反应器类型，可以实现高效、经济的乙苯脱氢生产过程。
乙苯催化脱氢制苯乙烯绝热反应器设计原则
乙苯催化脱氢制苯乙烯绝热反应器设计原则天然物质甲苯是一种非常重要的有机化合物，在日常生活和工业
生产中有着广泛应用。
而甲苯通过乙苯催化脱氢反应可以得到苯乙烯，这也是一种重要的有机化合物，广泛应用于橡胶、塑料、纺织、涂料
等行业。
因此，乙苯催化脱氢制苯乙烯的研究和反应器设计是非常有
意义和重要的。
乙苯催化脱氢反应是一种典型的加热反应，需要在高温高压条件
下进行。
反应器的设计需要考虑到反应物料的物化性质、反应物料的
热力学性质、反应器的压力和温度控制、反应物料的传热和传质等因素。
为了保证反应器的安全性和稳定性，反应器的设计需要满足以下
原则：
原则一：反应器应该设计为绝热结构，以保证反应器内部的温度
保持在设计范围内。
在反应器内部设置隔热层，以减少热损失和热扩散。
原则二：反应器内部应该采用均匀的温度控制方式，以保证反应
物料的温度分布均匀、反应速率稳定。
可采用夹套式、内置式等方式
进行温度控制。
原则三：反应器内部应该设计有足够的传质和传热面积，以保证
反应物料的传质和传热效率。
反应器内部可设置物料搅拌机，以增加
液相物料的混合效果，促进反应速率。
原则四：反应器内部应该设置足够的安全阀和排气口，以保证反应器内部的压力在安全范围内，并及时排放反应产生的氢气等危险气体。
综上所述，乙苯催化脱氢制苯乙烯绝热反应器设计需要考虑到反应物料的物化性质、反应物料的热力学性质、反应器的压力和温度控制、反应物料的传热和传质等因素。
通过合理的反应器设计可以提高反应效率，并保证反应器的安全和稳定运行。
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。
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固定床反应器的类型与结构
特点： 采用小管径，传热面积大，有利于强放热反应； 传热效果好，易控制催化剂床层温度； 管径较细，流体在催化床内流动可视为理想置 换流动，故反应速率快，选择性高； 结构较复杂，设备费用高。 适用 ： 原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分 容易的情况。
固定床反应器的类型与结构
乙苯脱氢工艺流程
一、外加热列管式乙苯脱氢工艺
由脱氢反应，尾气产物分离及最终产品苯乙烯的精制三部分组成 脱氢反应：
原料为乙苯和水蒸气，反应温度为580~600℃，乙苯转化率为40％ ~45％，选择性92％~95％，副反应较少。
尾气产物分离： 产物中有粗苯乙烯、水、氢气、和二氧化碳，要将它们分离。 苯乙烯的精制： 将粗苯乙烯中的苯、甲苯、乙苯分离后就可以得到产品苯乙烯。
A0201-6 6万吨/年乙苯脱氢反应器选型的分析
这个反应不需要严格控制反应的温度，从提高转化率的角度考 虑，选用固定床是反应器。 又由于这是一个强吸热，采用一段，温度降得太低，影响转化 率，采用两段中间补偿一定的热量，这样可以避免了温度过低。 而且反应器结构简单。
乙苯脱氢反应器的选型
第五组 汇报人：刘孝送 组员：崔孟丽 黄玲燕 张家进 董辉 樊溪
乙笨脱氢反应的反应原理
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。
乙苯脱氢工艺的改进
一、脱氢反应器的改进：
可利用圆筒形辐射流动反应器，双蒸汽两段绝热反应器、 多段径向流反应器来提高乙苯的转化率和收率。
二、脱氢工艺条件的改进
1、降低反应的压力可以提高苯乙烯的转化率和选择性 2、利用多段绝热反应器，填充不同的催化剂，发挥催化 剂的最大效能。
乙苯脱氢工艺的改进
三、新型催化剂的研制 催化剂改进的目标为：减少水蒸气及降低压力条 件下，提高苯乙烯的选择性，可以通过依稀三种途 径来实现： 1、选择合适的催化剂助剂。 2、改进催化剂颗粒的粒度和形状，小粒径，低表 面积，异形催化剂有利于提高选择性 3、改进催化剂的使用方法，对于多层反应器可填 充不同活性催化剂。
（二）换热式固定床反应器
2、自热式
反应前后物料 在床层中自行 进行换热
固定床反应器的类型与结构
特点： 把原料的预热和产物的冷却过程融为一体，大大 提高了能量利用水平。 应用： 只适用于热效应不大的高压放热反应过程。如中小型 合成氨厂的氨合成和甲醇的合成。 对于预热原料所需热量与反应释放热量相差甚远的， 需附加大量热交换面积，且系统控制要求大大提高，故 不适宜。
压力↑ 反应速率↑ 但对脱氢的平衡不利 工业上常采用水蒸气来降低乙苯的分压，提高乙苯转 化率，如果水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。
一、固定床反应器的类型与结构
（三）径向固定床反应器
一般固定床中由于压降限制，不能使用太 小粒度的催化剂，但催化剂的有效系数降 低了，为提高催化剂的利用率而设计了径 向反应器。
二、流化床反应器的类型与结构
（二）流化床反应器的结构
化床反应器的类型与结构
1、流化床反应器主体 锥底 浓相段 稀相段 扩大段
乙苯脱氢制苯乙烯
脱氢催化剂
氧化铁系催化剂组成 Fe2O3—CuO—K2O—Cr2O5—CeO2 活性组分：氧化铁 助催化剂：钾、钒、钼、钨、铈等氧化物 活性组分和助催化剂按适当比例组合可实现高乙苯转 化率和高选择性，如Fe2O3：K2O： Cr2O3=87:10:3组成的催化剂，乙苯的转化率为 60%，选择性为87%。
特点及适用：
多段绝热式弥补了单段绝热式的不足； 冷激式反应器结构简单，便于装卸催化 剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏 而影响操作，特别适用于大型催化反应
器。
一、固定床反应器的类型与结构
（二）换热式固定床反应器 1、对外换热式
固定床反应器的类型与结构
管径：一般为25～50mm的管子，但不小于25mm。 催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径约为 2～6mm，不小于1.5mm。 传热所用的热载体： 沸水可以用于100℃～300℃的温度范围。 联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于 200～350℃的范围。 无机熔盐(硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物)可用于 300～400℃的情况。 对于600～700℃左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。
气固床反应器的选择依据
反映的特点 反应热效应 反应器自身特点 催化剂性能 生产工艺要求 本项目选用：
选型
6万吨/年乙苯脱氢反应器的选型： 选用两段绝热式固定床反应器 理由：这个反应不需要严格控制反应的温度，从提 高转化率的角度考虑，选用固定床是反应器。 又由于这是一个强吸热，采用一段，温度降得太低， 影响转化率，采用两段中间补偿一定的热量，这样 可以避免了温度过低。而且反应器结构简单。
乙笨脱氢反应的反应原理
1．本反应的主副反应 主反应：
这是一个强吸热，可逆 增分子反应。
副反应：
催化剂 采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3－CuO－K2O－Cr2O3－CeO2。
苯乙烯工业生产方法
Ø 乙苯脱氢法； Ø 乙苯共氧化法（哈康法）； Ø 甲苯为原料合成苯乙烯； Ø 乙烯和苯直接合成苯乙烯； Ø 乙苯氧化脱氢。
气－固相催化反应器的基本类型气Leabharlann 固相催化反应器固 定床 反应器
流 化床 反 应器
绝热式
换热式
多 段绝 热
单段绝热
对外换热
自热
一、固定床反应器的类型与结构 （一）绝热式固定床反应器
1、单段绝热式
固定床反应器的类型与结构
特点：结构简单，反应器生产能力大，但反 应过程中温度变化较大。 适用： 反应热效应不大，反应过程允许 温度有较宽 变动范围的反应过程； 热效应较大的反应只要对反应温度不很敏感 或是反应速率非常快的过程，有时也使用这种 类型的反应器。
苯乙烯
中文名 苯乙烯；乙烯基苯 英文名 phenylethylene；styrene 分子式 C8H8 相对分子质量 104.14 CH=CH2 结构式 CAS号 100-42-5
危险性类别 第3.3类 高闪点易燃液体 化学类别 芳香烃
乙苯脱氢法
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
原料及产品性质
一、原料 乙苯
二、产品 苯乙烯 相关副产品
三、催化剂
氧化铁系催化剂
乙苯
乙苯是一个芳香族的有机化合物，主要用途是在石油化学工业 作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用 的塑料制品——聚苯乙烯。尽管在原油里存在少量的乙苯，但大 批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。乙苯经过催化脱氢， 生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中。 物理性质 外观与性状： 无色液体，有芳香气味。 熔点(℃)： -94.9 沸点(℃)： 136.2 相对密度(水=1)： 0.87 相对蒸气密度(空气=1)： 3.66 饱和蒸气压(kPa)： 1.33(25.9℃) 临界温度(℃)： 343.1 临界压力(MPa)： 3.70
绝热式反应器乙苯脱氢工艺
流程图如下：
绝热式反应器乙苯脱氢工艺
进料：
原料气一反应尾气换热，在经过预热进入反应器。预热的热量来自于过热水 蒸汽，入口温度为610℃~660℃。
脱氢反应：
催化剂床层为三段，段间补充过热蒸汽，蒸汽与乙苯的摩尔比为14. 产物分离： 产物冷却后首先要气液分离，气相包括氢气，二氧化碳，一氧化碳，可用作 燃料。 液相经精馏塔分离出苯，甲苯，乙苯及焦油，最终得到产物苯乙烯。
二、流化床反应器的类型与结构
2、气体分布装置
流化床反应器的类型与结构
3、内部构件 档板和档网
流化床反应器的类型与结构
4、换热装置
流化床反应器的类型与结构
5、气固回收装置
固定床与流化床反应器的特点
特 催化剂装填 反应速率 点
反应效果
传热特性
催化剂更换
固 催化剂颗粒 返混小， 停留时间和 传热较差， 更换时必须 定 大，固定在 反应速率 温度分布可 催化剂载 停产，且更 床 床层中，不 较快 控，可达高 体往往是 换劳动强度 易磨损 （类似于 选择性和转 热的不良 大，因此对 化率 导体 催化剂使用 PFR） 寿命要求高 流 催化剂颗粒 返混大， 产品选择性 传热强度 失活催化剂 化 较小，可消 反应速率 和转化率较 高，整个 可迅速再生 床 除内扩散阻 较慢 低，且由于 床层处于 力，充分发 （类似于 沟流偏流等 恒温状态， 挥其效能， CSTR） 存在，设备 可在最佳 减少用量 要求比较高 温度点操 作
一、固定床反应器的类型与结构
2、多段绝热式
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
最佳温度线
（a）中间换热式
x
平衡温度线
Ⅳ
T
一、固定床反应器的类型与结构
Ⅰ Ⅱ
2、多段绝热式
（b）原料气冷激式
x Ⅲ Ⅳ
平衡温度线
最佳温度线
T
固定床反应器的类型与结构
2、多段绝热式 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
最佳温度线
(c)非原料气冷激式
x
平衡温度线
T
固定床反应器的类型与结构
苯乙烯
化学性质
在不受辐射的催化剂的作用下，苯乙烯迅速生成一种广泛 用于模压制品的塑料，聚苯乙烯，它还可以与丁二烯发生化学 反应形成一种异分子聚合物，即合成橡胶，还有一些单分子体 （如氯乙烯）可与苯乙烯发生共聚反应，生成化聚苯乙烯质量 更好的塑料或树脂。 其分子中烯键较活泼，易受亲电试剂及自由基的进攻，催化 氢化得到乙苯，然后得到乙基环己烷；在醇与钠中得乙苯；铬 酸氧化可得苯甲酸；硝酸氧化得硝基苯甲酸；气相氧化得苯甲 酸；五氧化二钒催化，400℃得顺丁稀乙酐，过氧酸作用得苯 基环氧乙烷；臭氧氧化得苯甲醛；氯化、溴化得α，β-二卤代 乙苯；氢卤酸加成得α-卤代乙苯；硫酸存在下与甲醇反应生成 α-甲氧基乙苯。