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苯乙烯生产过程的设计跟优化
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 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 乙苯 ΔH298 = -114 kJ/mol 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 乙苯 + C2H2 二乙苯 二乙苯 + C2H2 三乙苯 2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: 乙苯 苯乙烯 + H2 乙苯 苯 + C2H4 乙苯 + H2 甲苯 + CH4 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 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 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 乙烯 乙苯 图2-1 乙苯合成的循环结构图 * 2.1 反应系统 反应 系统 分离 系统 *
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