1、 学院：化学化工学院 班级：14 应用化学一班 姓名：要笑刚 学号:14141803497 化学过程开发化学过程开发 年产 50 万吨苯乙烯工艺设计 化学过程开发 第 1 页 共 9 页 目录 1.苯乙烯的性质和用途.2 2 原料的主要性质与用途.2 2.1 乙苯的主要性质.2 2.2 乙苯的主要用途.2 3 本工艺设计说明.3 3.1 生产任务.3 3.2 生产方法.3 3.3 生产控制参数及具体操作.4 4 生产工艺的反应历程.5 4.1 反应方程式.5 4.2 生产过程.5 4.3 半成品.6 4.4 催化剂.6 4.5 阻聚剂.6 5 生产方式的选取.6 6 油水分离器.7 7 结论.
2、8 化学过程开发 第 2 页 共 9 页 年产年产 5050 万吨苯乙烯工艺设计万吨苯乙烯工艺设计 1.苯乙烯的性质和用途苯乙烯的性质和用途 苯乙烯，分子式88HC，结构式256CHCHHC,是不饱和芳烃最简单、最重要的成员，广泛用作生产塑料和合成橡胶的原料。如结晶型苯乙烯、橡胶改性抗冲聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚体（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚体（SAN）、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚体（SMA）和丁苯橡胶(SBR)。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
3、乙烯溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。苯乙烯（SM）是合成高分子工业的重要单体，它不但能自聚为聚苯乙烯树脂，也易与丙烯腈共聚为 AS 塑料，与丁二烯共聚为丁苯橡胶，与丁二烯、丙烯腈共聚为 ABS 塑料，还能与顺丁烯二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。由苯乙烯共聚的塑料可加工成为各种日常生活用品和工程塑料，用途极为广泛。目前，其生产总量的三分之二用于生产聚苯乙烯，三分之一用于生产各种塑料和橡胶。世界苯乙烯生产能力在 1996年已达 1900 万吨，目前全世界苯乙烯产能约为 21502250 万吨。2 原料的主要性质与用途原料的主要性质与用途 2.1 乙苯的主要性质乙苯的主要性质 乙苯是无
4、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。2 2.2.2 乙苯的主要用途乙苯的主要用途 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。化学过程开发 第 3 页 共 9 页 3 本工艺设计说明本工艺设计说明 3.1 生产任务生产任务
5、 年产 50 万吨精苯乙烯，纯度99.8%。3.2 生产方法生产方法 采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯(Lummus)公司生产苯乙烯的技术，以乙苯脱氢法生产苯乙烯。鲁姆斯(Lummus)公司经典苯乙烯单体生产工艺技术具有深度减压，绝热乙苯脱氢工艺。鲁姆斯（UOPLummus）经典苯乙烯单体生产工艺是全世界生产苯乙烯（SM）单体中最成熟和有效的技术，自 1970 年实现工业化以来，目前大约有 55 套装置在运转。乙苯(EB)脱氢是在蒸汽存在下，利用蒸汽来使并维持催化剂处于适当的氧化状态。蒸汽既加热反应进料、减少吸热反应的温度降，同时蒸汽也降低产品的分压使反应平衡向着苯乙烯(SM)方向进行，
6、且又可以连续去除积炭以维持催化剂的一定活性。高温、高压蒸汽稀释和低反应系统压力能提供良好的反应平衡曲线，对乙苯(EB)转化为苯乙烯(SM)有利，在有两个绝热反应器的工业生产装置中，乙苯(EB)的总转化率可达到 70%85%。新鲜乙苯和循环乙苯先与一部分蒸汽混合，然后在一个用火加热的蒸汽过热器内进行过热，再与过热蒸汽相混合，在一个两段、绝热的径向催化反应系统内进行脱氢。热反应产物在一个热交换器内冷却以回收热量并冷凝。不凝气（主要是氢气）压缩后，经回收烃类后再用作蒸汽过热器的燃料，而冷凝液体分为冷凝水和脱水有机混合物（DM）。在脱水有机混合物(DM)（苯乙烯、未反应乙苯、苯、甲苯和少量高沸物）中加
7、入一种不含硫的阻聚剂(NSI)以减少聚合而损失苯乙烯（SM）单体，然后在乙苯/苯乙烯单体（EB/SM）分馏塔进行分离，塔顶轻组分(EB 及轻组分(苯/甲苯)从塔顶取得)去乙苯分离塔，从而从乙苯分离出苯和甲苯，回收的乙苯返回脱氢反应器原料中。EB/SM 塔底物（苯乙烯单体和高沸物）在最后苯乙烯分馏塔内进行分馏，塔顶产品即为苯乙烯（SM）单体产品，少量的塔底焦油用作蒸汽过热器化学过程开发 第 4 页 共 9 页 的燃料，蒸汽过热器所需大部分燃料来自脱氢废气和苯乙烯焦油。3.3 生产控制参数及具体操作生产控制参数及具体操作 1 投料配比 水蒸气:乙苯=3:1（质量比）2 温度、压强和时间 脱氢温度控
8、制在 600左右，负压；多塔分离控制在常温，常压。3 具体操作 在脱氢反应器 600条件下，加入定量的水蒸气、乙苯和氧气混合气体，反应完全后；通到冷凝器进行冷凝、降温；输送到气体压缩机油水分离器将有机相和无机相分离，保持恒温 20左右；和阻聚剂一起加到粗馏塔中，初步分离，塔顶为乙苯、苯和甲苯，塔底为苯乙烯、焦油；将其送至乙苯塔和苯乙烯精制塔，乙苯塔分离出乙苯和甲苯、苯，把乙苯送回脱氢反应器，还将甲苯和苯送到苯甲苯塔分离，分离出甲苯和苯。生产工艺流程见 Lummus 的“SMART”乙苯脱氢工艺流程图。LummusLummus 的的 SMARTSMART 乙苯脱氢工艺流程图乙苯脱氢工艺流程图 化
9、学过程开发 第 5 页 共 9 页 4 生产工艺的反应历程生产工艺的反应历程 4.1 反应方程式反应方程式 催化剂 C2H5 CH=CH2+H2 500600 除脱氢反应外，同时发生一系列副反应，副产物甲苯、甲烷、乙烷、焦油等；42665256HCHCHCHC 425625256CHCHHCHHCHC 626625256HCHCHHCHC 2525658HCHCHC 222525621816HCOOHHCHC 为了减少在催化剂上的结炭，需要在反应器进料中加入高温水蒸气，从而发生下述反应：2222HCOOHC 脱氢反应式 1mol 乙苯生成 2mol 产品（苯乙烯和氢气），因此加入蒸气也可使苯乙
10、烯在系统中的分压降低，有利于提高乙苯的转化率。催化剂以三氧化二铁为主，加上氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上，投料比为水蒸气:乙苯=23:1（质量比），反应所得的气体混合物经冷凝、油水分离、多塔分离和精制，制得苯乙烯。4.2 生产过程生产过程 1 脱氢过程 在脱氢反应器中，苯乙烯的产率与水蒸气用量和反应温度有关。水蒸气用量太少或反应温度太低，反应不完全，产率低；水蒸气用量过多或反应温度过高，催化剂结炭而降低产率。将原料中的水蒸气（按比例过量）有助于反应向右移，化学过程开发 第 6 页 共 9 页 也要严格控制反应温度。2 冷凝过程 在冷凝器中，将脱氢反应的产物冷凝，降低
11、其温度。3 油水分离过程 冷凝后，因反应中的水蒸气变为水，通过气体压缩机和油水分离器，将有机相和水分离。4 多塔分离过程 油水分离的有机相进入粗馏塔，并加入阻聚剂防止苯乙烯聚合，还要进入乙苯塔、苯乙烯精馏塔、苯甲苯塔，将依次它们分离出来，把分离出来的乙苯送回脱氢反应器，使其循环。4.3 半成品半成品 乙苯经脱氢反应器反应后，反应生成物送乙苯苯乙烯塔分离成乙苯（苯和甲苯）及粗苯乙烯（带重组分及焦油）。4.4 催化剂催化剂 催化剂以三氧化二铁为主，加上氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上，使反应更好的发生，有利于苯乙烯的生成。4.5 阻聚剂阻聚剂 在苯乙烯工艺中，需要阻聚剂的
12、有两个地方：一是苯乙烯精馏系统，二是苯乙烯产品贮存系统。在精馏塔中，苯乙烯处于 120的高温，阻聚剂主要用来防止聚合物的生成；在苯乙烯贮存系统中，温度一般为 20以下，聚合率较低，阻聚剂的主要用途之一是防止苯乙烯氧化。由于温度存在着很大的不同，对阻聚剂的要求也不一样，所以，在蒸馏塔中使用无硫阻聚剂（2、4-二硝基-邻-二-丁基酚（DNBP）俗称 NSI），在苯乙烯贮存系统中使用 4-叔丁基邻苯二酚（TBC）。5 生产方式的选取生产方式的选取 化工生产的操作可分为全间歇、半间歇、连续和半连续四种：在全间歇操作中，整批物料投在一个设备单元中处理一定时间，然后整批输送到下一个工序；化学过程开发 第
13、7 页 共 9 页 半间歇操作过程是间歇操作过程的连续操作过程。全间歇与半间歇（统称间歇式操作）的优点是设备简单，改变生产品种容易；其缺点是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产率低，产品质量不稳定。连续式操作，原料及能量消耗低，劳动生产率高，因此比较经济；但总投资较大，占地面积较大，一般单线生产能力为 210 万吨/年。半连续操作与连续操作相比设备费用较少，操作较简单，改变生产品种较容易，但产品质量不如连续操作稳定，与间歇操作相比，生产规模更大，劳动生产率也更高，用与较大规模的品种生产，一般为 12 万吨/年。由于苯乙烯用量很大，需连续化大生产。采用连续式操作比较有利。6 油水分离器油水分离器
14、 重力法脱除水中的油滴其基本原理是利用水与油的密度差,使含油污水中的油滴在设备中上浮而除去。按照 Stokes 定律,油滴的脱除效率只与油滴粒径、油与水物性、处理量和浮升面积有关,而与浮升高度无关,这就是所谓的“浅池原理”。根据“浅池原理”即可以采用低浮升高度的多层板结构,以增大浮升面积,提高油滴脱除效率。而且由于多层板组当量直径的减小,可使液流在较大流量下保持层流状态,也有利于油滴的有效分离。但是，在一定的设备高度内，增加多层板层数、缩短板距，必然带来要固定多层板而需的结构上的复杂与困难。所以，一般多层板除油装置板距均较大，且不能十分保证水流分布均匀，其处理效率的提高及设备的紧凑化，就受到限
15、制。另一种强化途径是，使含油污水中的细小油滴通过聚结床合并为大油滴，则能使脱油效率得到较大的提高，这就是油滴的聚结。但采用聚结技术，也有限制，即流速要在一定范围内，且不但需要另外的浮升分离空间，还需定期反洗，增加了投资和操作费用。本高效油水分离器，正是将“浅池原理”和“聚结技术”结合起来，用特殊的内部分离构件和配置，保证了在一定设备容积内，可提供最大的油滴浮升面积，以及尽可能多的油滴聚结机会，并使得水中油滴在浮升中聚结，在聚结中浮升，且内部液流分布均匀，防止了液流的短路与沟流，故在较短的停留时间内，可获得较高的脱油效率。高效油水分离器为一水平放置的卧式容器，主要由进水部分、出水部分、集油室和由
16、斜通道波纹板构成的主体板组等构成，其结构特点为：化学过程开发 第 8 页 共 9 页 1.可以采用尽可能小的板距而无需固定支撑构件，从而在一定高度设备内，有更多的油滴浮升分离层，保证了在较短的停留时间内，可脱除较小的油滴，得到较高的脱油效率；2.多层板组的当量直径较小，可在较大流速下，保持层流状态，避免了高处理量下湍流对油滴浮升所带来的不利影响；3.由于斜通道波纹板一正一反迭放的特殊配置方式，整个板组内形成相互连接的“之”字形通道，水流在三维方向上不断改变方向，这就为油滴之间的碰撞聚结和油滴与构件之间的勃附聚结，提供 了更多的机会，在整个板组中，油滴在浮升中聚结，在聚结中浮升，更进一步促进了脱
17、油效率的提高；4.由于板组“之”字形通道，也使板组内液流分布比较均匀，避免由于液流不均对脱油带来的不利影响；5.固体悬浮物也有一定的脱除作用；6.内构件可采用较薄的碳钢、铝、不锈钢或塑料制造，成本较低，制造、安装和维护清洗都很方便；7.整个设备可以做成密闭式，可保证安全和防止二次污染。7 结论结论 1.1.苯乙烯是具有极好经济效益的精细化工产品，适用于各种有机化工原料，市场 前景极为广阔。2.2.采用连续式生产工艺，设备简单，改变生产品种容易，工艺投资收益高，经济 效益很好。3.3.本工艺采用乙苯和水蒸汽为原料，脱氢生产出苯乙烯；先后经过冷凝、压缩油 水分离、粗馏、精馏收集苯乙烯。生产技术成熟、可靠，工艺合理，原料成本相 对较低，产品质量、产率都很高。还有这个生产工艺流程，操作和设备都比较稳 定，收效快，适合大型企业选用。4.4.本工艺因水洗彻底，而且重要设备采用了耐腐蚀的不锈钢材料，延长了设备的 使用寿命。生产中注重对“三废”的处理，适应绿色化工的步伐，在较大程度上 减少了对环境的污染。综上所述本工艺设计是可行的，而且很有设计建设价值。
