乙苯制苯乙烯

南京工业大学

化学化工学院

《化工过程与工艺设计》设计题目乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计

学生姓名吴美妍班级、学号化工100704 指导教师姓名林陵

设计时间2013年 6 月27日-2013 年7月12日

课程设计成绩：

指导教师签字

目录

第一部分设计说明书第二部分设计计算书

第三部分附录

附录4 PFD图

附录5 PID图

附录5 平面布置图

附录6 立面布置图（可选）

第一部分设计说明书

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。其主要用于生产和制备聚苯乙烯(PS)、丁苯橡胶(SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯—顺丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)树脂和不饱和聚酯等，并广泛用在电子、汽车、建筑、包装、日用轻工等领域中。

在世界上，苯乙烯的主要生产方法为乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脱氢法等。其中，工业化的生产方法为乙苯催化脱氢法和乙苯共氧化法，两种方法所生产的苯乙烯分别占苯乙烯总产量的85%和15%。目前，国内外生产苯乙烯的主要方法是乙苯脱氢法，它又包括Lummus/UOP乙苯脱氢工艺、Fina/Badger乙苯脱氢工艺和乙苯脱氢选择性氧化工艺（Smart工艺）3种工艺。

化工流程模拟(过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析并做出环境和经济评价的一门新兴技术。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术等学科相互结合的产物，在近几十年中发展迅速，并广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合领域。

Aspen Plus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目被命名为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了Aspen Tech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。

第一章概述

生产方法

苯乙烯的工业生产方法有：

①烯和苯烷基化生成乙苯，乙苯经催化脱氢制苯乙烯；

②乙苯氧化生成生成乙苯过氧化氢，然后与丙烯反应生成α—甲基苯甲醇和环氧丙烷，α—甲基苯甲醇脱水生成苯乙烯；

目前，乙苯催化脱氢法制苯乙烯约占世界苯乙烯总产量的90%；乙苯过氧化氢法是70年代后越来越多采用的新工艺，其优点是联产环氧丙烷。

本设计计算采用乙苯脱氢法生产工艺。

工艺流程

生产流程示意如下：

图1-2 乙苯脱氢制苯乙烯流程图

乙苯脱氢生产方法

乙苯催化脱氢采用氧化铁（Fe2O3）作为催化剂，这种催化剂一般含有Cr2O3,并以KOH或K2O3为助催化剂，脱氢反应温度600℃左右。巴斯夫法（等温过程）催化剂装在列管式反应器中，由外部可燃气体为反应器供热；绝热反应过程则直接加入过热水蒸汽于反应器中，为脱氢反应提供所需的热量。为了减少副反应，用掺入水蒸汽的方法来降低乙苯分压，以增加乙苯转化率。副产物是甲苯、苯和少量的焦油状物等，为了防止苯乙烯聚合，在反应产物中加入少量阻聚剂。反应产物经精馏分离出轻组分得到苯乙烯产品，未转化的乙苯循环回反应继续反应。

第二章原料与产品性质

原料

化学名称：乙苯

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。

产品

化学名称：苯乙烯英文名称：styrol

规格：含量≥% 分子量：

沸点：145.2℃熔点：－30.6℃

折光率：（25℃）结构式：CH=CH

2主要性质：

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%。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～%（体积分数）。

苯乙烯（SM）具有乙烯基烯烃的性质，反应性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛及酮类。苯乙烯从结构上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易于聚合。在高于100℃时即进行聚合，甚至在室温下也可产生缓慢的聚合。因此，苯乙烯单体在贮存和运输中都必须加入阻聚剂，并注意用惰性气体密封，不使其与空气接触。

第三章主要设备选型

生产苯乙烯需要的设备及其规格如表1所示：

表1 主要生产设备一览表

注：另需配套管道阀门若干；100～150吨风冷水塔2个，作为冷却水循环使用装置。

第四章安全措施与劳动保护

安全标准

根据生产所用原料，中间产品和成品性质，对生产的各部分防爆、防火标准规定为甲级防火，Q-2级防爆。