苯加氢液相制环己烷
（大作业）苯加氢制环己烷工艺过程模拟
（大作业）苯加氢制环己烷工艺过程模拟
苯加氢制环己烷工艺过程模拟
环己烷采用苯加氢合成，反应方程式为：C6H6 + 3H2→ C6H12。
苯和氢气进料流股与循环的氢气与环己烷组合构成进入固定床反应器的进料流股，假设苯的转化率为99.8%。
反应器出料流股冷却，气相轻组分作为循环氢返回反应器。
液相产品进入精馏塔进一步去除溶解的气相轻组分，可以稳定最终的产品，其余部分循环到反应器有利于反应温度控制。
需要解决的问题：
1、采用Microsoft Visio软件将工艺流程图画出来，设备图符不一定和题目一致。
2、采用Aspen Plus模拟软件将上述过程模拟出来。
模拟时，苯进料量数值为“班级+学号”，氢气进料量为苯进料量的3.3倍。
如5班01号的苯进料量为501 kmol/h，氢气进料量为3×501=1503 kmol/h。
其他条件与模拟流程图相同。
3、并采用敏感性分析，LFLOW的循环分流比在0.1～0.4范围变化，画出REACT 热负荷的随之变化的影响规律图。
并用Origin软件将分析结果画出来。
作业要求：
1、提交Visio流程图、Aspen Plus模拟和Origin作图的源文件。
（VSD、BKP和OPJ格式）
2、所有结果整理成WORD文档，打印纸质版，同时提交WORD 源文档。
3、所有电子文档以压缩文件提交，格式：学号+姓名.RAR。
苯加氢生产环己烷
（年）利润总额=年产品销售收入– 年产品销售税金及附加- 年总成本费用
=45315-45315*14%-27421.50=14721.45万元/年
（税后）静态投资回收期1.9年。
20
7 安全分析
反应器： ❖ 平稳控制反应温度不超过200℃，反应压力不超过
3.1MPa，保持氢分压0.6MPa不变。 所用催化剂雷尼镍遇空气能自燃，因此必须杜绝外 漏。联锁控制系统和安全设施要保持处于良好状态 。
扬程(m) 5 15 5 进口流量 5000m3/h 直径（m） 1.5 1.5
功率(kw) 1 1 1
高度（m） 3 3
0.7 0.7 0.7
2
7.5 7.5 10 15 10 100
19
总操作费用是有直接操作费用、固定操作费用和管理费用三部分组成的。
Fixed Capital Investment(FCI)：987万元 /年
E-101D
E-101E
F-101A
F-101B
P-21
V-103
V-101 V-102 P-101 A-C E-101 A-E R-101 A-B F-101 A-B V-103
苯储料罐 氢气储罐 流量泵 换热器 反应器 闪蒸罐 环己烷储罐
14
全流程模拟
H2
B1 B3
3 2
C6H 6
6
B2 B4
。 ❖ 装置区内设置的水幕，要定期检查，保持好用
应急处置
❖ 皮肤接触：脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。 ❖ 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。 ❖ 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给
予输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 ❖ 食入：饮足量温水，催吐。就医。 ❖ 呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，高浓度接触时可佩戴自吸过滤式
苯加氢制环己烷
3苯加氢制环己烷环己烷是一种重要的有机化工原料，主要用于生产环己醇、环己酮、聚己内酰胺和聚己二酰己二胺等产品，是纤维素醚、树脂、蜡、沥青和橡胶的优良溶剂。
环己烷可以从环烷基原油所得的汽油馏分中提取，但产量有限，纯度不高，要值得99.9%以上的环己烷相当困难。
3.1工艺现状工业生产中，环己烷的生产方法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法。
苯加氢法是环己烷的主要生产方法，可分为液相法和气相法。
常用的催化剂有Pt、Pd和Ni等。
3.1.1气相法苯加氢制备环己烷氢气和苯混合后送入热交换器加热蒸发呈气相，氢气和苯的物质的量比为3.5~8。
混合气体在200~250℃下通入装有具有高温特性催化剂的第一段多管反应器，再在160℃左右通入装有低温特性催化剂的第二段多管反应器，反应热用管外冷却剂吸收除去。
反应产物经冷凝后，经分离器除去未反应氢气即得产品环己烷。
气相苯加氢工艺特点是，气相苯加氢工艺混合均匀，转化率和收率均很高，但反应激烈，易出现“飞温”现象，操作上不易控制。
气相加氢采用固定床，工艺相对简单，投资相对较小，适合于小规模环己烷生产企业采用，应用厂家较多；对氢气纯度要求较低，随着国产催化剂的进步，副产蒸汽压力已经有较大提高，产品质量有明显提高。
气相苯加氢法典型工艺有：贝克森法（Bexane）、美国阿科（ARCO）、UOP、霍德赖法（Houdry）和海德拉法（Hytoray）法等。
3.1.2液相法苯加氢制备环己烷氢气经甲烷化和干燥之后与苯分别进入装有镍催化剂的主反应塔中，借助于泵的循环作用，使固体催化剂保持悬浮状态，并用换热器除去反应热，同时生成低压蒸汽，苯几乎可完全加氢。
从主反应塔出来的反应产物再通入装有镍催化剂的固定床补充反应塔，补充反应塔流出物经冷凝后在高压分离塔进行闪蒸，闪蒸气体可循环回主反应塔，闪蒸液送稳定塔，从稳定塔塔顶除去氢气和其他的溶解气体，塔底产物即为产品环己烷。
液相苯加氢工艺特点是，液相苯加氢工艺相比气相而言，反应稳定、缓和，转化率和收率也很高，副产蒸汽压力相对较高，但液相反应必须有后反应，能耗也较高，液相反应的氢气利用率仅为85％。
苯加氢制环己烷工艺流程
苯加氢制环己烷工艺流程苯加氢制环己烷是一种常用的工业化合物制备方法，它能够将苯转化为环己烷。
以下是苯加氢制环己烷的工艺流程。
首先，苯加氢制环己烷的反应需要使用催化剂。
常用的催化剂是钼、钨或铂等金属催化剂。
催化剂可以提高反应速率和选择性，促进苯的加氢反应。
工艺流程的第一步是给催化剂进行预处理。
将催化剂与还原剂一起加入反应器中，通入氢气，以去除催化剂上的氧化物，并使其活性恢复到最佳状态。
预处理通常在高温和高压条件下进行。
第二步是将预处理后的催化剂与苯加入反应器。
工艺中最常用的反应器是固定床反应器，由多个催化剂床层组成。
苯和氢气在反应器中流动，与催化剂接触反应。
第三步是给反应器中通入氢气。
氢气是加氢反应的必需品，它促进了苯与催化剂的接触，提高了反应速度。
通入的氢气压力取决于反应条件和催化剂的要求。
一般来说，较高的氢气压力有助于提高反应速率。
第四步是控制反应条件。
反应温度通常在200到250摄氏度之间，这是苯加氢反应的最佳温度范围。
反应压力通常在2到10兆帕之间。
此外，还可以添加少量的溶剂，以改变反应速率和选择性。
第五步是对反应产物进行分离和纯化。
在加氢反应中，除了环己烷，还会产生少量的甲苯等副产物。
通过分离和纯化过程，可以从反应产物中获取纯度较高的环己烷。
最后一步是对副产物的处理。
由于加氢反应常常产生一些有害或不必要的副产物，需要进行适当的处理。
这可以通过蒸馏、气相吸附或其他方法来处理。
总的来说，苯加氢制环己烷是一种较常用的化学工艺方法。
通过催化剂的作用，在适当的反应条件下，能够高效地将苯转化为环己烷。
这个工艺流程在化工工业中得到了广泛的应用，为环己烷的生产提供了可靠的技术支持。
IFP苯加氢液相制环己烷
四、苯加氢制环己烷环己烷主要(占总产量90%以上)用来生产环己醇、环己酮及己二酸,后三者是制造尼龙-6和尼龙-66的重要原料。
环己烷还用作树脂、油脂、橡胶和增塑剂等的溶剂。
用作尼龙原料的高纯度的环己烷主要由苯加氢制得。
工业上苯加氢生产环己烷有气相法和液相法两种。
虽然美国杜邦公司早已开发成功气相加氢工艺,但大多数工厂仍采用液相加氢工艺,例如美国的Uop公司,法国石油研究所(IFP)等。
气相法的优点是催化剂与产品分离容易,所需反应压力也较低,但设备多而大,投资费用比液相法高。
1.反应原理(1)化学反应在反应条件下,苯与氢可能发生下面各种反应:＋nＨ２→Ｃ＋ＣＨ４(4)反应(1)若为气相法固定床,用还原Ni 作催化剂,反应温度为65～250℃,压力0.5～3.5MPa;若为液相加氢,采用骨架镍或还原Ni为催化剂,反应温度为160～220℃,压力2.7MPa左右,环己烷收率在99%以上。
反应(2)和(4)在250℃左右的低温下不显著,它们可能是由第Ⅷ族金属催化的氢解型机理引起的,也可能是由双功能催化剂的加氢裂解型机理引起的。
双功能催化剂为具有加氢催化活性的某些金属(如Pt,Pd或Ni)负载在酸性载体(SiO2或SiO2/Al2O3)上构成,在载体上往往存在强酸中心,它对反应(2)和(4)有明显促进作用。
因此,选择非酸性载体可以避免这种加氢裂解作用。
反应(3)是环己烷的异构化,它往往被酸催化,在200℃下,异构化反应达到平衡时环己烷生成甲基环戊烷的转化率为68%,将温度升高到300℃时其转化率达83%,因此也必须选择不会引起这种异构化反应的催化剂。
在镍催化剂上,250℃时才开始产生甲基环戊烷。
(2)热力学平衡由反应(1)可知,苯加氢生成环己烷的反应是一个放热的体积(摩尔数)缩小的可逆反应。
在127℃时的平衡常数为7×107,在227℃时为1.86×102。
氢压和温度对环己烷中苯的平衡浓度的影响示于图3-2-18。
苯液相加氢制环己烷60分钟
苯液相加氢制环己烷60分钟标题：苯液相加氢制环己烷引言：苯是一种常见的有机化合物，广泛应用于化学工业生产和实验室研究中。
环己烷是一种重要的溶剂和原料，广泛应用于医药、化妆品、橡胶和塑料等领域。
本文将详细介绍苯液相加氢制环己烷的过程、反应机制以及工业应用。
第一部分：苯液相加氢的条件和反应原理（500字）1.1反应条件1.2反应原理第二部分：苯液相加氢的反应机制（700字）2.1反应初期在反应初期，苯分子被吸附到催化剂的表面上，形成一个活性吸附态。
随着氢气分子的吸附，催化剂表面上形成氢化物吸附态。
2.2芳香环的破坏在芳香环的破坏过程中，一个氢原子与催化剂表面上的氢化物形成化学键，另一个氢被取代。
这样，芳香环的碳-carbon键被破坏，形成环己烷分子。
2.3环己烷生成破坏芳香环后，催化剂表面上的氢化物逐渐被取代，生成环己烷分子。
环己烷分子脱离反应物界面，充分溶解在苯液中。
第三部分：工业应用（500字）3.1溶剂环己烷是一种非极性溶剂，可溶于许多有机及无机化合物。
在化学工业中，环己烷常用作清洗剂、涂料溶剂、粘合剂及润滑剂等。
3.2化学反应原料环己烷作为重要的化学原料，广泛应用于医药、染料、农药等领域。
通过环己烷可以合成大量有机化合物，如肥皂、香精、染料等。
3.3燃料添加剂环己烷作为一种高效的汽油燃料添加剂，可以提高燃料的抗爆性能、焰前期延长和发动机的燃烧效率。
因此，在汽车工业中广泛应用于高级汽油中。
结论：本文详细介绍了苯液相加氢制环己烷的过程、反应机制以及工业应用，并阐述了该反应对苯的芳香环的破坏、环己烷的形成过程。
环己烷作为一种重要的溶剂和原料，在生活和工业中有着广泛的应用前景。
该文档为读者提供了对苯液相加氢制环己烷反应的全面理解，并强调了该反应在化学工业中的重要性和应用价值。
苯加氢液相制环己烷
苯加氢液相制环己烷液相苯加氢制环己烷是一种常用的工业生产方法。
苯加氢能够通过催化剂的存在，在适当的温度和压力下实现。
下面将详细介绍液相苯加氢制环己烷的工艺流程及其反应机理。
液相苯加氢制环己烷一般采用铭洛威系数法，根据不同温度下的苯和氢分子在液相中的溶解度，确定适当的温度和压力。
一般来说，反应温度在180~220°C，压力在1~5MPa之间。
苯与氢气按照2:1的摩尔比加入反应器中。
苯加氢的催化剂主要采用铂系列催化剂，如铂-铝催化剂或铂-活性炭催化剂，其中铂-活性炭催化剂具有较高的活性和选择性。
催化剂的选择对反应的效果有着很大的影响。
此外，还需要添加适量的溶剂，如环己烷或甲苯，以提高反应的速率和产率。
液相苯加氢制环己烷的反应机理如下：1.至高温高压条件下，苯和氢气进入反应器中。
苯分子先吸附在催化剂表面。
2.吸附的苯分子经过加氢反应，产生环己烷的中间体环己基苯。
3.中间体环己基苯与另一个吸附在催化剂表面的氢气分子发生加氢反应，生成环己烷和水。
此步骤也称为脱吸附反应。
4.反应生成的环己烷在溶剂的作用下迅速分离出来，形成液相环己烷。
整个反应过程可以看作是一个连续的吸附-加氢-脱吸附的循环，以实现苯加氢制环己烷。
该反应是一个放热反应，生成热由反应器控制系统进行冷却。
同时，需要从反应器中定期排除生成的水，以保持反应的正常进行。
液相苯加氢制环己烷工艺的优点是操作简单，适合大规模工业生产。
然而，由于液相反应的均相性强，产物的纯度相对较低，需要进行后续的精馏和纯化处理。
总结起来，液相苯加氢制环己烷是一种重要的工业生产方法。
通过适当的温度和压力，以及催化剂的存在，可以实现苯加氢生成环己烷的反应。
该反应的工艺流程较简单，并具有较高的产率。
但液相反应的纯度相对较低，需要进行后续的纯化处理。
环己烷的生产工艺
一、环己烷的工艺介绍：工业生产中，环己烷的生产方法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法。
苯加氢法是环己烷的主要生产方法，可分为液相法和气相法。
液相苯加氢的工艺特点是反应稳定、平和，转化率和收率也很高；但必须要有后反应,，能耗也较高，氢气的利用率仅为85% ；典型工艺有IFP 法、BP 法和Arosat法。
气相苯加氢的工艺特点是工艺气体混合均匀，转化率和收率均很高，但反应激烈，易出现飞温现象；典型工艺有Brxane，ARCO，UOP，Houdry，Hy-toray法。
二、反应物与产物的介绍：1.氢气分子式：H2沸点：-252.77℃(20.38K)熔点：-259.2℃密度：0.09kg/m3相对分子质量：2.016方法：电解、裂解、煤制气等三相点：-254.4℃液体密度(平衡状态，-252.8℃)：169kg/m3气体密度(101.325kPa，0℃)：0.0899kg/m3比容(101.325kPa，21.2℃)：5.987m3/kg气液容积比(15℃，100kPa)：974L/L临界温度：-234.8℃临界压力：1664.8kPa临界密度：66.8kg/m3熔化热(-254.5℃)(平衡态)：48.84kJ/kg气化热△Hv(-249.5℃)：305kJ/kg热值：1.4108 J/kg规格：含有少量的甲烷2%左右。
2苯名称：中文名称：安息油，净苯，动力苯，纯苯，溶液苯，困净苯，困净苯别名：Benzol，Phenyl hydride，Phenyl hydride ，Cyclohexatriene ，Coal naphtha ，Phene化学式：C6H6相对分子质量：78.11性状：无色透明液体。
有芳香气味。
具强折光性。
易挥发。
能与乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类任意混溶，微溶于水。
燃烧时的火焰光亮而带黑烟。
相对密度(d154)0.8787。
熔点5.5℃。
沸点80.1℃。
折光率(n20D)1.50108。
环己烷的生产工艺
一、环己烷的工艺介绍：工业生产中，环己烷的生产方法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法。
苯加氢法是环己烷的主要生产方法，可分为液相法和气相法。
液相苯加氢的工艺特点是反应稳定、平和，转化率和收率也很高；但必须要有后反应,，能耗也较高，氢气的利用率仅为85% ；典型工艺有IFP 法、BP 法和Arosat法。
气相苯加氢的工艺特点是工艺气体混合均匀，转化率和收率均很高，但反应激烈，易出现飞温现象；典型工艺有Brxane，ARCO，UOP，Houdry，Hy-toray法。
二、反应物与产物的介绍：1.氢气分子式：H2沸点：-252.77℃(20.38K)熔点：-259.2℃密度：0.09kg/m3相对分子质量：2.016方法：电解、裂解、煤制气等三相点：-254.4℃液体密度(平衡状态，-252.8℃)：169kg/m3气体密度(101.325kPa，0℃)：0.0899kg/m3比容(101.325kPa，21.2℃)：5.987m3/kg气液容积比(15℃，100kPa)：974L/L临界温度：-234.8℃临界压力：1664.8kPa临界密度：66.8kg/m3熔化热(-254.5℃)(平衡态)：48.84kJ/kg气化热△Hv(-249.5℃)：305kJ/kg热值：1.4108 J/kg规格：含有少量的甲烷2%左右。
2苯名称：中文名称：安息油，净苯，动力苯，纯苯，溶液苯，困净苯，困净苯别名：Benzol，Phenyl hydride，Phenyl hydride ，Cyclohexatriene ，Coal naphtha ，Phene化学式：C6H6相对分子质量：78.11性状：无色透明液体。
有芳香气味。
具强折光性。
易挥发。
能与乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类任意混溶，微溶于水。
燃烧时的火焰光亮而带黑烟。
相对密度(d154)0.8787。
熔点5.5℃。
沸点80.1℃。
折光率(n20D)1.50108。
苯加氢制备环己烷工艺进展
苯加氢制备环己烷工艺进展苯加氢的反应方程式为：C6H6+3H2→C6H12过去，苯加氢制备环己烷主要采用镍等金属催化剂，但这种催化剂在反应中易被中毒，导致催化剂的活性下降，影响反应的转化率和选择性。
为了解决这个问题，研究人员开始关注使用非金属催化剂。
近年来，钯催化剂在苯加氢制备环己烷反应中得到了广泛的应用。
钯催化剂具有良好的催化活性和选择性，在反应过程中具有较高的稳定性和抗毒性。
研究人员已经通过改变催化剂的活性位点和催化剂结构，优化了苯加氢反应的催化性能。
此外，研究人员还利用金属-非金属界面效应来改善催化剂的活性和选择性。
金属-非金属界面的结构可以提高催化剂的电子传输性能，增强反应物与催化剂之间的相互作用，从而提高反应转化率和选择性。
例如，将钯和其他金属（如镍、铂、银）形成复合催化剂，可以显著提高苯加氢反应的催化效果。
此外，研究人员还关注催化剂的活性位点结构和反应条件对苯加氢反应的影响。
一些研究表明，通过调节反应温度、压力和反应物的摩尔比等反应条件，可以调控反应转化率和产物选择性。
同时，催化剂活性位点的调节也可以影响反应的选择性。
因此，寻找合适的催化剂活性位点结构和优化反应条件是提高苯加氢制备环己烷工艺的关键。
综上所述，苯加氢制备环己烷的工艺已经取得了显著的进展。
通过采用钯催化剂、金属-非金属界面效应和调节催化剂活性位点结构和反应条件等手段，可以提高反应的转化率和产物选择性，进一步优化苯加氢制备环己烷的工艺。
然而，目前的研究仍面临一些挑战，如提高催化剂的稳定性和抗毒性，降低反应条件和催化剂制备工艺的成本等。
因此，在未来的研究中，需要进一步深入研究苯加氢制备环己烷的反应机理和催化剂设计原则，以提高工艺的性能并降低成本，实现更高效可控的环境友好型环己烷生产工艺。
(整理)环己烷的生产工艺
一、环己烷的工艺介绍：工业生产中，环己烷的生产方法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法。
苯加氢法是环己烷的主要生产方法，可分为液相法和气相法。
液相苯加氢的工艺特点是反应稳定、平和，转化率和收率也很高；但必须要有后反应,，能耗也较高，氢气的利用率仅为85% ；典型工艺有IFP 法、BP 法和Arosat法。
气相苯加氢的工艺特点是工艺气体混合均匀，转化率和收率均很高，但反应激烈，易出现飞温现象；典型工艺有Brxane，ARCO，UOP，Houdry，Hy-toray法。
二、反应物与产物的介绍：1.氢气分子式：H2沸点：-252.77℃(20.38K)熔点：-259.2℃密度：0.09kg/m3相对分子质量：2.016方法：电解、裂解、煤制气等三相点：-254.4℃液体密度(平衡状态，-252.8℃)：169kg/m3气体密度(101.325kPa，0℃)：0.0899kg/m3比容(101.325kPa，21.2℃)：5.987m3/kg气液容积比(15℃，100kPa)：974L/L临界温度：-234.8℃临界压力：1664.8kPa临界密度：66.8kg/m3熔化热(-254.5℃)(平衡态)：48.84kJ/kg气化热△Hv(-249.5℃)：305kJ/kg热值：1.4108 J/kg规格：含有少量的甲烷2%左右。
2苯名称：中文名称：安息油，净苯，动力苯，纯苯，溶液苯，困净苯，困净苯别名：Benzol，Phenyl hydride，Phenyl hydride ，Cyclohexatriene ，Coal naphtha ，Phene化学式：C6H6相对分子质量：78.11性状：无色透明液体。
有芳香气味。
具强折光性。
易挥发。
能与乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类任意混溶，微溶于水。
燃烧时的火焰光亮而带黑烟。
相对密度(d154)0.8787。
熔点5.5℃。
沸点80.1℃。
折光率(n20D)1.50108。
苯加氢制环己烷解析
四、苯加氢制环己烷环己烷主要(占总产量90%以上)用来生产环己醇、环己酮及己二酸,后三者是制造尼龙-6和尼龙-66的重要原料。
环己烷还用作树脂、油脂、橡胶和增塑剂等的溶剂。
用作尼龙原料的高纯度的环己烷主要由苯加氢制得。
工业上苯加氢生产环己烷有气相法和液相法两种。
虽然美国杜邦公司早已开发成功气相加氢工艺,但大多数工厂仍采用液相加氢工艺,例如美国的Uop公司,法国石油研究所(IFP)等。
气相法的优点是催化剂与产品分离容易,所需反应压力也较低,但设备多而大,投资费用比液相法高。
1.反应原理(1)化学反应在反应条件下,苯与氢可能发生下面各种反应:＋nＨ２→Ｃ＋ＣＨ４(4)反应(1)若为气相法固定床,用还原Ni 作催化剂,反应温度为65～250℃,压力0.5～3.5MPa;若为液相加氢,采用骨架镍或还原Ni为催化剂,反应温度为160～220℃,压力2.7MPa左右,环己烷收率在99%以上。
反应(2)和(4)在250℃左右的低温下不显著,它们可能是由第Ⅷ族金属催化的氢解型机理引起的,也可能是由双功能催化剂的加氢裂解型机理引起的。
双功能催化剂为具有加氢催化活性的某些金属(如Pt,Pd或Ni)负载在酸性载体(SiO2或SiO2/Al2O3)上构成,在载体上往往存在强酸中心,它对反应(2)和(4)有明显促进作用。
因此,选择非酸性载体可以避免这种加氢裂解作用。
反应(3)是环己烷的异构化,它往往被酸催化,在200℃下,异构化反应达到平衡时环己烷生成甲基环戊烷的转化率为68%,将温度升高到300℃时其转化率达83%,因此也必须选择不会引起这种异构化反应的催化剂。
在镍催化剂上,250℃时才开始产生甲基环戊烷。
(2)热力学平衡由反应(1)可知,苯加氢生成环己烷的反应是一个放热的体积(摩尔数)缩小的可逆反应。
在127℃时的平衡常数为7×107,在227℃时为1.86×102。
氢压和温度对环己烷中苯的平衡浓度的影响示于图3-2-18。
Aspen环己烷生产
苯加氢制环己烷工艺过程模拟
LIU
化工学院
1
环己烷采用苯加氢合成，反应方程式为：
C6H6 + 3H2 → C6H12
苯和氢气进料流股与循环的氢气与环己烷组合构成进入固定床反应器的进料流股，假设苯的转化率为99.8%。
反应器出料流股冷却，气相轻组分作为循环氢返回反应器。
液相产品进入精馏塔进一步去除溶解的气相轻组分，可以稳定最终的产品，其余部分循环到反应器有利于反应温度控制。
需要解决的问题：
1、采用Microsoft Visio软件将工艺流程图画出来，设备图符不一定和题目一致。
2、采用Aspen Plus模拟软件将上述过程模拟出来。
3、并采用敏感性分析，LFLOW的循环分流比在0.1～0.4范围变化，画出REACT 热负荷的随之变化的影响规律图。
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苯加氢工艺流程
苯加氢工艺流程苯加氢工艺流程是一种将苯加氢生成环己烷的化学反应过程。
该工艺流程主要包括苯加氢反应、分离和精制等步骤。
首先，在苯加氢反应步骤中，将苯与氢气在催化剂的存在下进行加氢反应。
催化剂通常由铂、钯或镍等金属制成，具有高活性和选择性，能够促进苯分子中的一个或多个苯环上的氢原子被氢气取代生成环己烷。
该反应是一个放热反应，温度一般在100-200℃范围内进行。
接下来，进行反应物的分离过程。
反应物中苯和环己烷在物理性质上有一定的差异，可以通过蒸馏等分离方法将两种物质分离开来。
常见的分离方法有精馏分离法、萃取法和膜分离法等。
其中，精馏分离法是最常用的方法，通过加热反应混合物，使其在不同的沸点下升华出苯和环己烷。
最后，对产物进行精制。
精制是为了提高产品的纯度和质量。
一般采用洗涤、脱水、脱杂质和精馏等方法进行。
例如，可以通过洗涤剂将产物中的杂质去除，使得产品更纯净。
而脱水则是通过加热或者添加干燥剂将产物中的水分去除。
此外，脱杂质操作可以通过吸附剂或者再次精馏使产品更加纯净。
在整个苯加氢工艺流程中，有几个关键的注意点需要注意。
首先，催化剂的选择是至关重要的，催化剂需要具有高活性和选择性，以提高反应的效率和产物的纯度。
其次，反应物的比例也需要控制，过多或不足的苯或氢气都会影响反应过程。
此外，反应的温度和压力也是需要考虑的因素，过高或过低的反应条件都会影响反应速率和产物的选择性。
综上所述，苯加氢工艺流程是一个将苯加氢生成环己烷的化学反应过程。
通过控制反应条件、选择适当的催化剂以及进行合适的分离和精制操作，可以得到高纯度的环己烷产品。
这种工艺流程在化工行业中有广泛的应用，用于合成各种有机化合物和燃料。
苯液相加氢制环己烷60分钟
实验五苯液相加氢制环己烷一、实验目的1.了解苯加氢的实验原理和方法。
2.了解液相加氢设备的使用方法和结构。
3.掌握加压的操作方法。
4.通过实验进一步考察压力、温度对苯加氢整套反应的影响。
二.、实验原理环己烷是生产聚酰胺类纤维的主要中间体之一，高纯度的环己烷由苯加氢制得，环己烷也是性能良好的溶剂。
随着人类环保意识和健康意识的增强，人们越来越认识到除去苯的重要性。
苯加氢是典型的有机催化反应，无论在理论研究还是在工业生产上，都具有十分重要的意义。
工业上常采用的苯加氢生产环己烷的方法主要有气相法和液相法两种。
气相法的优点是催化剂与产品分离容易，所需反应压力也较低，但设备多而大，费用比液相大。
液相法的优点是反应温度易于控制，不足之处是所需压力比较高，转化率较低。
反应主要方程式如下：苯加氢制环己烷的反应是一个放热的、体积减小的可逆反应，因此，低温和高压对该反应是有利的。
所以，苯加氢制环己烷的反应温度不宜过高，当然也不能太低，否则反应分子不能很好地活化，进而导致反应速率比较慢。
整个反应用高压釜式反应器中进行。
原料：苯，氢气，氮气，环己烷三、实验装置与流程1.实验装置：实验装置如图1所示；2、实验流程：实验对象是由进料泵、压力釜、氮气钢瓶、氢气钢瓶等组成。
实验中，苯由进料泵加入到放置了催化剂的加压釜中，然后通氮气置换釜内的空气4次，再通氢气置换釜内的氮气4次，加压后反应一定时间，放出釜内压力，取出反应产品。
图1 釜式加压流程示意图3、装置参数及试剂：装置参数如表1所示表1主要试剂如表2所示表2四、实验步骤：1、将20-30g催化剂置于干燥的高压釜反应器内，接好各个接口，然后试压，通入氮气进行（压力要达到测试要求4mPa），冲入氮气后，记下压力表读数，待30分钟后看是否压力下降，如不变化试压结束，如有变化用肥皂水找到漏点。
2、，泵入原料苯（分析纯）200ml，通入氮气（纯度≥99.99%）压力达到1MPa后放空4次以除去釜内的空气;3、通入氢气压力达到1MPa后放空4次以除去釜内氮气。
苯液相加氢制环己烷60分钟
苯液相加氢制环己烷60分钟
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一、实验目的
本实验目的是利用苯液向环己烷中加入氢，在规定的时间内，实现环
己烷的催化氢化反应，以此获得润滑油类产品。
二、实验原理
在液相条件下，烯烃先与过氧化氢、水和金属氢化物（如钯或铂）形
成反应物，再与氢气反应，产生润滑油类产品。
此反应称为液相加氢反应。
三、实验原料
本实验使用的原料包括苯液、氢气、干燥剂、环己烷和催化剂（如钯
或铂）等。
四、实验步骤
（一）将苯液（2L）、环己烷（1L）以及催化剂（如钯或铂）（20g）加入到反应釜中，加热至60℃，搅拌混合。
（二）在60℃条件下，将氢气（2 L/h）通入2小时，手动控制压力，保持在3 kg/cm2，搅拌混合。
（三）将反应物从反应釜中抽出，加入干燥剂，经过一定的时间，脱水，搅拌至均匀。
（四）将脱水后的反应物置于真空蒸发室，或烘箱中，进行高真空蒸发，蒸发至反应物浓缩，反应成功完成。
五、实验结果。
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四、苯加氢制环己烷
环己烷主要(占总产量90%以上)用来生产环己醇、环己酮及己二酸,后三者是制造尼龙-6和尼龙-66的重要原料。
环己烷还用作树脂、油脂、橡胶和增塑剂等的溶剂。
用作尼龙原料的高纯度的环己烷主要由苯加氢制得。
工业上苯加氢生产环己烷有气相法和液相法两种。
虽然美国杜邦公司早已开发成功气相加氢工艺,但大多数工厂仍采用液相加氢工艺,例如美国的Uop公司,法国石油研究所(IFP)等。
气相法的优点是催化剂与产品分离容易,所需反应压力也较低,但设备多而大,投资费用比液相法高。
1.反应原理
(1)化学反应在反应条件下,苯与氢可能发生下面各种反应:
＋nＨ２→Ｃ＋ＣＨ４(4)
反应(1)若为气相法固定床,用还原Ni 作催化剂,反应温度为65～250℃,压力
0.5～3.5MPa;若为液相加氢,采用骨架镍或还原Ni为催化剂,反应温度为160～220℃,压力2.7MPa左右,环己烷收率在99%以上。
反应(2)和(4)在250℃左右的低温下不显著,它们可能是由第Ⅷ族金属催化的氢解型机
理引起的,也可能是由双功能催化剂的加氢裂解型机理引起的。
双功能催化剂为具有加氢催化活性的某些金属(如Pt,Pd或Ni)负载在酸性载体(SiO2或SiO2/Al2O3)上构成,在载体上往往存在强酸中心,它对反应(2)和(4)有明显促进作用。
因此,选择非酸性载体可以避免这种加氢裂解作用。
反应(3)是环己烷的异构化,它往往被酸催化,在200℃下,异构化反应达到平衡时环己烷生成甲基环
戊烷的转化率为68%,将温度升高到300℃时其转化率达83%,因此也必须选择不会引起这种异构化反应的催化剂。
在镍催化剂
上,250℃时才开始产生甲基环戊烷。
(2)热力学平衡由反应(1)可知,苯加氢生成环己烷的反应是一个放热的体积(摩尔数)缩小的可逆反应。
在127℃时的平衡常
数为7×107,在227℃时为1.86×102。
氢压和温度对环己烷中苯的平衡浓度的影响示
于图3-2-18。
由图3-2-18可见,低温和高压对反应是有利的。
相反,反应(2)和(4)则受到抑制;环己烷异构化反应是一个等摩尔反应,压力对反应影响不大。
温度对反应(3)平衡的影响示于图3-2-19。
由图3-2-19可知,甲基环己烷的平衡浓度随温度的提高而上升。
为抑制这一副反应,也要求催化剂在较低温度下就有高的苯加氢活性,而且在催化剂上不存在酸性中心。
(3)催化剂和催化机理对苯加氢有催化活性的金属有:Rh,Ru,Pt,W,Ni,Fe,Pd和Co等。
常用金属按活性排列为:
Pt>Ni>Pd
加氢活性的比例为:
K Pt：K ni：K Pd=18：7：1
这表明铂的活性比镍高2.6倍。
但铂的价格为镍的几百倍,因此选择镍作为催化剂活性组分更经济。
如前所述,苯加氢有气相和液相两种方法,对液相加氢而言,要求催
化剂是细微颗粒(粉末,粒度为20～100μm),能悬浮在反应液中进行液-固相加氢反应。
考虑到反应要求低温高活性,而且苯环加氢比烯,炔加氢困难,工业上都选用骨架镍催
化剂。
用这种催化剂在3.5MPa的压力和不产生副反应的温度(200℃)下,反应速率很
容易达到每克镍每分钟转化0.15mol苯的水平。
骨架镍催化剂的制备过程为:先由镍和铝(重量比为1)在1500～1600℃下制成镍铝合金,然后研磨至粒度为0.04～0.25mm,再用氢氧化钠浸出铝,最后经洗涤和干燥得到高活性,多孔和高强度的骨架催化剂。
由于活性高,在空气中极易自燃,故一般将它浸
在乙醇中出售或经表面钝化处理变成不自
燃的干燥粉末后出售。
成品为黑色粉末,镍含量为65%,松密度为2.4g/cm3;苯的气相加氢催化剂为负载型Ni催化剂,要求载体有足够的强度承受工业条件下的机械应力,有足够的比表面积和适宜的孔径分布,能负载足够数量的镍盐(氧化镍)。
此外,还要求载体对副反应没有催化活性。
符合上述条件,工业上应用的载体有高纯度氧化铝球(Φ2～
4mm),SiO2和硅藻土等,比表面积210m2/g,松密度0.91g/cm3,孔隙度0.4cm3/g。
现在,工
业上应用较多的液相催化剂牌号为法国的NiPS2,气相催化剂牌号为法国的LD143催化剂,它们都是由法国石油研究所(IFP)开发
成功。
除上述镍催化剂外,也有采用Ni-Pd 催化剂,硫化镍和硫化钯催化剂。
硫化物催化剂虽然不怕原料苯中硫化物的毒害,但要求(4)反应动力学 Louvain的动力学学派专门研究过在镍催化剂上苯加氢的反应动
力学。
研究表明,在骨架镍催化剂催化下,苯在高压、液相、温度低于200℃下加氢,苯转化率从低升至90%以上,反应对苯为零级,当转化率在95%以上时,对苯的反应级数变得接近于1。
对氢而言,在所研究的压力范围内对氢为零级反应。
实验结果示于图3-2-20。
这一实验结果可用苯和氢之间的非竞争吸
附来解积,并可用下列速率方程式表示:
图3-2-20 液相苯加氢反应动力学级数的
实验测定
式中: b B—苯的吸附系数;
b c—环己烷的吸附系数
C B—苯的浓度;
Cc—环己烷的浓度;
PH2—氢分压.
直到转化率为90%都观察到对苯为零级反应这一现象说明苯在催化剂上强烈吸附,在0～90%这一范围内r等于k,活化能接近54.36kJ/mol。
对芳烃在高转化率下的反应级数还没有确切的解释。
有可能是因为,在苯浓度很
低时,b B C B项与(1+bcCc)相比变得可以忽略不计,也有可能是因为扩散阻力造成的。
对气相催化加氢,经实验测定,有如下动力学方程:
r=k*p0.5H2 (反应温度<100℃)
r=k*p0.5苯*p３Ｈ２ (反应温
度>200℃)
上列第二式表明,当反应温度大于200℃,氢压的变化对反应速度十分敏感。
高温(450℃)和高压(31.0MPa)。
2)反应温度液相加氢反应温度控制在180～200℃,气相加氢反应温度稍高,采用贵金属催化剂和列管式反应器时为220～370℃,采用绝热式反应器和镍催化剂时为200～350℃。
在上述温度范围内,催化剂已具有足够快的反应速度,而副反应则不十分明显。
(3)操作压力液相法一般维持在
2.0～
3.0MPa,以保证主反应器中液相的稳定。
在此压力下,由液相蒸发带走的反应热
约占总反应热的20%,其余80%由器外换热器移走。
气相法操作压力为3.0～3.5Mpa。
(4)空速 IFP的NiPS2骨架镍催化剂性能优良,在硫含量为1ppm时,1kg镍可以加氢10t苯,在重量空速(WHSV)为5的条件下操作,不添加新鲜催化剂的周期寿命可长达2000h。
苯的转化率在反应开始时可达
99.99%,周期末降至95%。
3.CST反应器在苯加氢工艺中的应用
气相法有列管式和绝热式两种。
液相法,例如IFP法苯加氢工艺采用二个化学反应器。
主反应器选用连续搅拌槽式(CST)反应器。
为使催化剂很好的悬浮在反应液中,并使反应热用器外换热器及时移走,除采用氢气鼓泡外,反应液还用泵在换热器和反应器之间作强制循环,以保持固-液-气三相的良好接触。
采用CST反应器的优点是可以利用自体致冷作用排除反应热,反应温度也容易控制,不足之处是它属全返混流反应器,转
化率不可能很高。
由前述反应原理可知,当转化率在95%以下时,反应对苯为零级,此时反应速度很快,对CST反应器,转化率达到
95%以上并非难事,再加上它有上述优点,因此选用它作为液相加氢反应器是合适的。
工业级环己烷要求苯含量小于1000ug〃g-1,即环己烷纯度在99.9%以上。
因此,除CST
图3-2-21 IFP苯加氢工艺的方块图
图3-2-22 海德拉法流程图
图3-2-23 IFP法苯加氢生产环己烷工艺流程图
反应器外,还需增设一台反应器对反应液作进一步加氢处理。
此时若再增设一台CST反应器显然不合适,所需设备多,反应时间长
而且转化率达到99.9%以上仍有一定难度。
比较合适的是增设一台称之为精制反应器
的气相加氢反应器,它属活塞流反应器,转
化率可以很高,由于加氢负荷小(只有5%的苯),使用催化剂量少,设备也可做得较小。
此外,从观察小反应器中温度的变化还可发现主反应器催化剂活性是否正常,若催化剂失活严重,精制反应器因加氢负荷明显增高,温度会迅速上升。
图3-2-21示出了IFP法工艺的方块图。
由图3-2-21可知,氢气中的CO经甲烷化反应,脱除率可达97%以上(CO残留量为
300ul〃l-1);环己烷经精制反应器后,其中的苯约为20ug〃g-1 。
ul〃l-1
4.工艺流程
(2)液相法工艺流程图3-2-23示出了IFP法苯加氢生产环己烷工艺流程。
进料中氢与苯的克分子比为3.5∶1或更大,以环己烷计的收率在99%以上。