乙苯-苯乙烯精馏塔设计.doc

毕 业　设 计 　
题目　年产10万吨苯乙烯工艺设计
姓 　名 　
所在系部 　化 学 工 程
专业班级　 有　机　化 工 　
指导老师
前 　言
　本设计得内容为１0万吨/年乙苯脱氢制苯乙烯装置,包括工艺设计，设备设计及平面布置图。　
本设计得依据就是采用低活性、高选择性催化剂，参照鲁姆斯(Ｌumｍuｓ)公司生产苯乙烯得技术,以乙苯脱氢法生产苯乙烯。苯乙烯单体生产工艺技术:深度减压，绝热乙苯脱氢工艺
乙苯脱氢反应在绝热式固定床反应器中进行,其特点就是：转化率高，可达55%,选择性好，可达90%。特殊得脱氢反应器系统:在低压（深度真空下）下操作以达到最高得乙苯单程转化率与最高得苯乙烯选择性。该系统就是由蒸汽过热器、过热蒸汽输送管线与反应产物换热器组成,设计为热联合机械联合装置.整个脱氢系统得压力降小,以维持压缩机入口尽可能高压，同时维持脱氢反应器尽可能低压，从而提高苯乙烯得选择性，同时不损失压缩能与投资费用。
所需要得催化剂用量与反应器体积较小，且催化剂不宜磨损，能在高温高压下操作，内部结构简单,选价便宜。在苯乙烯蒸馏中采用一种专用得不含硫得苯乙烯阻聚剂。它经济有效且能使苯乙烯焦油作为燃料清洁地燃烧。
工业设计得优化与设备得良好设计可使操作无故障，从而可减少生产波动、
本设计装置主要由脱氢反应与精馏两个工序系统所组成.原料来自乙苯生产装置或原料采购部门,循环水、冷冻水、电与蒸汽来由公用工程系统提供，生产出得苯乙烯产品到成品库。
　　此设计过程中，为了计算方便,忽略了一些计算过程,故有一定得误差，另由于计算时间比较仓促,有些问题不能够直接解决。设计中有不少错误之处，请指导老师予以批评指正,多提出宝贵意见。
苯乙烯设计任务书
一、设计题目：年产1０万吨苯乙烯得生产工艺设计　
二、设计原始条件:
　1、
原料组成
(质量%）
组别
乙苯
９9%
　 　 98％
１、2、3
4、5、6
甲苯
0、8％
　 　 1、2％
1、2、3
4、5、６
苯
0、2％
　 　 0、８％
１、2、3
4、5、6
∑
１0０%
　 　　 　100％
1、2、3
　 4、5、６
2、操作条件:
年工作日:300天，每天2４小时，乙苯总转化率为55%
乙苯损失量为纯乙苯投料量为4、６６％
配料比：原料烃/水蒸汽＝1/2、6（质量比）
温度T：第一反应器进口温度6３0℃，出口温度580℃
第二反应器进口温度63０℃,出口温度６00℃
压力P：床层平均操作压力1、5 ＊ 105 Ｐａ(绝)　
3、选择性：
C8H１０→C8Ｈ８+H2　 　 　 （１)
Ｃ8Ｈ10→C6H6+C2H4　 　　 　 （2)　
Ｃ8H１０+H2→C7Ｈ8+CH４ 　 （3）
１、２、3
(1）9０%
　（２)3%
（３）7％
４、５、6
（１)９２％
（2)3%
(3）5％
4、催化剂条件：
（１)采用11#氧化铁催化剂，d=３mｍ,h=1３mm （2）允许通入乙苯空速为：(0、5～０、９）Nm3乙苯/(m3Cat。h)　(3) ＝1050kg／m3　　　 　 =15０0kg／m3
５、参考数据:
(1）反应器直径D＝2 m
（2）取热损失为反应热为4％
（３)ｋ=ｅxｐ（11、281—2545／ＲT）
(4)K=exp（15、3４4—１４6５6、５734/T）
（5)Caｔ得有效系数 η1＝0、7　 η2=0、66７
（６）填料情况:
取瓷环为25×25得拉西环，所填高度为２50mm,锥形高度为250mm,锥角取90０　
(７)压力：第一反应器进口压力为1、8 ＊ 105 Pa,出口压力为1、2 * 105 Pa,平均压力为１、５　＊ １05 Pａ,压降ΔP＝0、6 * 105 Pa。
(８）再沸器:取热损失为水蒸汽放出热量得3％，Q蒸汽=Q吸/(1—3%）
（9)传热面积A：　 取K＝32、12 ＊ 4、18 kJ　
目　　 录　
一、绪论……………………………………………………………………………………… ５　
1、原料得性质与用途………………………………………………………………………… 5
２、苯乙烯得性质与用途……………………………………………………………………… 5
3、苯乙烯各种生产工艺及比较……………………………………………………………… 6
4、本工艺设计说明……………………………………………………………………………　 6　
二、生产工艺说明…………………………………………………………………………… 　　8
1、原料、成品及半成品………………………………………………………………………　 ８
２、主副化学反应式…………………………………………………………………………… ８
3、生产步骤…………………………………………………………………………………… 8
４、原理、化学组成及化学性质………………………………………………………………　　9
5、反应器设计依据…………………………………………………………………………… 　10　
6、主要工艺变量(参数）得选择与控制…………………………………………………… １０
7、流程叙述…………………………………………………………………………………… 11
８、工艺设计物性参数………………………………………………………………………… 1３　
三、物料及热量衡算………………………………………………………………………… 1３
1、计算依据…………………………………………………………………………………… 13
２、物料衡算……………………………………………………………………………………　　１4　
3、热量衡算…………………………………………………………………………………… 　２2
四、乙苯—苯乙烯精馏塔得计算……………………………………………………………　　　２４
1、乙苯—苯乙烯塔操作条件得确定………………………………………………………… 　24　
2、理论板数得计算…………………………………………………………………………… ２5
五、乙苯—苯乙烯塔附属设备计算………………………………………………………… 3１
六、乙苯—苯乙烯塔主要工艺条件一览表………………………………………………… ３５
七、原材料消耗综合表、排出物表………………………………………………………… 　36　
八、生产控制………………………………………………………………………………… 　 37　
九、产品消耗定额……………………………………………………………………………　 37
十、三废处理………………………………………………………………………………… ３7
十一、原料、中间产品得分析方法………………………………………………………… 　３8
十二、参考文献………………………………………………………………………………　 　38　
一、 　绪论
1、原料得主要性质与用途　
（1）乙苯得主要性质
乙苯就是无色液体，具有芳香气味,可溶于乙醇、苯、四氯化碳与乙醚,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，氧化产物随氧化剂得强弱及反应条件得不同而异。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；若用缓与氧化剂或温与得反应条件氧化，则生成苯乙酮。
乙苯得其它性质如下表所示:
表1
序号
1
2
3
4
５
６
7
8
９
10
１１
12
13
1４
常数名称
分子量
液体比重
沸点
熔点
液体热容量
蒸汽热容量
蒸发热
液体粘度
生成热
在水中溶解度

燃烧热
闪点
自燃点
爆炸范围
计量单位

℃

℃

kJ/(kｇ K）
Kｃal/（ｋｇ K）
kJ /mｏｌ

1０4kgSeｅ／M２

Kcal/moｌ

Kcal/mol
℃

℃
%（体积）

常数值
106、16７
０、88２
136、２
—94、４
1、754
0、2８5
35、５9

0、6７9
2、9８

1101、1
１5
５５３、0
2、3~7、４

备注

0℃
１01325Pa
10132５Ｐa

298、15Ｋ
2７℃
正常沸点下

20℃

2０℃

０。０15 g/1０0 mｌ (２0 °C）

气体

（２)乙苯得主要用途
乙苯就是一个重要得中间体,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；同时它又就是制药工业得主要原料。
2、苯乙烯得性质与用途　
　　苯乙烯（SＭ)就是含有饱与侧链得一种简单芳烃,就是基本有机化工得重要产品之一。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0、１ml/l。浓度过高、接触时间过长则对人体有一定得危害.苯乙烯在高温下容易裂解与燃烧。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1、1~６、０1%（体积分数)。
苯乙烯(SM)具有乙烯基烯烃得性质，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.苯乙烯从结构上瞧就是不对称取代物,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得聚合。因此，苯乙烯单体在贮存与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。　
苯乙烯(SM)就是合成高分子工业得重要单体，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。由苯乙烯共聚得塑料可加工成为各种日常生活用品与工程塑料,用途极为广泛。目前，其生产总量得三分之二用于生产聚苯乙烯,三分之一用于生产各种塑料与橡胶。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2150～225０万吨。
３、各种苯乙烯生产工艺及比较
目前苯乙烯主要由乙苯转化而成，可通过如下四条工艺路线进行。
(1）苯乙酮法　
较早采用苯乙酮法生产苯乙烯,其步骤主要分为氧化、还原与脱水三步，方程式如下：　
C６H５Ｃ2H5 ＋ O２ 　 　 Ｃ６H5COＣＨ3 + Ｈ2O
C6H5ＣOＣH３ ＋ H2 　 　C6Ｈ5CＨOHCＨ3
C6Ｈ５ＣHＯHCH3　　 　 　　 　 C６H5CHＣH2 +　Ｈ2O
该法苯乙烯产率为7５～８0%,略低于乙苯脱氢法得产率,但中间副产物苯乙酮产值较高，苯乙烯得精制分离较容易。故此法在国外仍有采用。
(２)乙苯与丙烯共氧化法
本法首先在碱性催化剂作用下,使乙苯液相氧化成过氧化氢乙苯,然后与丙烯进行环氧化反应生成环氧丙烷，乙苯过氧化物则变为－苯乙醇,再经脱水得到苯乙烯,即:
Ｃ6H５Ｃ2H5 + Ｏ2 　 　C6H5CHOOＨＣＨ3　
C6H5CHOＯHCH３ + CＨ3CHCH2 　 　 C6H5CHＯHCH3+ Ｃ3H6O
C6H5CHOHCＨ3 　 　 C６H5CHCH2 + Ｈ2O
本过程以乙苯计得苯乙烯产率约为６5％，低于乙苯脱氢法得产率。但它还能生产重要得有机化工原料环氧丙烷,综合平衡仍有工业化得价值，故目前国外也有采用此法生产得.
　（3）乙苯氧化脱氢法
　 　 　乙苯氧化脱氢法就是目前尚处于研究阶段生产苯乙烯得方法。在催化剂与过热蒸汽得存在下进行氧化脱氢反应得，即:
2C6H5C2H5 +　O2 　 　 　2C6H5CHCH2 + 2Ｈ2Ｏ　
此方法可以从乙苯直接生成苯乙烯，还可以利用氧化反应放出得热量产生蒸汽，反应温度也较催化脱氢为低.研究得催化剂种类较多,如氧化镉,氧化锗，钨、铬、铌、钾、锂等混合氧化物，钼酸铵、硫化钼及载在氧化镁上得钴、钼等。但这些催化剂在多处于研究阶段，尚不具备工业化条件,有待进一步研究开发。　
　（4）乙苯催化脱氢法
这就是目前生产苯乙烯得主要方法,目前世界上大约９0％得苯乙烯采用该方法生产.它以乙苯为原料,在催化剂得作用下脱氢生成苯乙烯与氢气。反应方程式如下:
C6H5C2H5 　 　 　Ｃ６H5ＣＨCH2 + H２
同时还有副反应发生,如裂解反应与加氢裂解反应：
C6H5C2H5 + H2 　 　　C６H5CＨ３+ CH4
　 C6H５C2H5 + H2 　 C6Ｈ6 + CH3CH3
　 C6Ｈ５C2H5 　 C6H6 + ＣＨ2CH2　
高温裂解生碳:
C6H5Ｃ2H5　 　　 8Ｃ ＋ ５H2
在水蒸汽存在下,发生水蒸汽得转化反应：
　　　 C6H5Ｃ2H５　+ 2H2Ｏ 　 　 　 　 C6H5ＣH3 + ＣO2 +　3H2
此外还有高分子化合物得聚合反应，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯得衍生物等。
4、本工艺设计说明
（1）生产任务:年产100０００吨精苯乙烯，纯度≥９9、7％。　
(2)生产方法：采用低活性、高选择性催化剂,参照鲁姆斯（Lummuｓ）公司生产苯乙烯得技术,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：深度减压,绝热乙苯脱氢工艺；
鲁姆斯(孟山都/UOP)经典苯乙烯单体生产工艺简介：
该工艺就是全世界生产苯乙烯（SＭ）单体中最成熟与有效得技术，自19７0年实现工业化以来,目前大约有5５套装置在运转。　
Ａ、工艺流程　
从乙苯（ＥB)生产苯乙烯得经典流程如附图１所示。
乙苯（EB)脱氢就是在蒸汽存在下，利用蒸汽来使并维持催化剂处于适当得氧化状态。蒸汽既加热反应进料、减少吸热反应得温度降，同时蒸汽也降低产品得分压使反应平衡向着苯乙烯（SM）方向进行，且又可以连续去除积炭以维持催化剂得一定活性.
高温、高压蒸汽稀释与低反应系统压力能提供良好得反应平衡曲线，对乙苯（EＢ）转化为苯乙烯（SM）有利，在有两个绝热反应器得工业生产装置中,乙苯（ＥB）得总转化率可达到70％～85%。新鲜乙苯与循环乙苯先与一部分蒸汽混合，然后在一个用火加热得蒸汽过热器内进行过热，再与过热蒸汽相混合，在一个两段、绝热得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(主要就是氢气）压缩后,经回收烃类后再用作蒸汽过热器得燃料,而冷凝液体分为冷凝水与脱水有机混合物（ＤM).
在脱水有机混合物(DＭ）（苯乙烯、未反应乙苯、苯、甲苯与少量高沸物）中加入一种不含硫得阻聚剂（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与甲苯，回收得乙苯返回脱氢反应器原料中。ＥB/SM塔底物（苯乙烯单体与高沸物)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，少量得塔底焦油用作蒸汽过热器得燃料，蒸汽过热器所需大部分燃料来自脱氢废气与苯乙烯焦油。
典型苯乙烯单体产品性能如表2:
表2　性能
指标
苯乙烯≮99、７％
颜色，APHA≯1０
聚合物≯10ppm（W）
硫 ≯1ppｍ（W）　
苯乙炔≯３0ppm(W）
过氧化物≯20ppｍ（W）
粘度(2５℃）0、7mm2/ｓ
目前现代化工艺装置中生产得苯乙烯纯度已可达99、８％(W）以上.
B、工艺特点与优点
（a）特殊得脱氢反应器系统：
在低压(深度真空下）下操作以达到最高得乙苯单程转化率与最高得苯乙烯选择性。该系统就是由蒸汽过热器、过热蒸汽输送管线与反应产物换热器组成，设计为热联合机械联合装置。整个脱氢系统得压力降小，以维持压缩机入口尽可能高压,同时维持脱氢反应器尽可能低压，从而提高苯乙烯得选择性,同时不损失压缩能与投资费用。　
（b)低蒸汽/油(EB)比得设计方案：
鲁姆斯公司设计得苯乙烯装置就是在低蒸汽/油比下操作,可降低苯乙烯生产成本，已在工业化装置得操作中证明在低蒸汽/油比得情形下，新催化剂得稳定性良好。　
(c）能量回收：
鲁姆斯公司在苯乙烯装置上已实现了低品位能量(５00大卡/公斤苯乙烯)得回收工艺,利用乙苯/苯乙烯蒸馏塔顶产物得冷凝热来汽化乙苯与水得共沸物,并直接送至脱氢反应器,而不需要任何压缩设备。
（ｄ）安全：
一旦仪表系统发现有任何严重误操作或故障时,脱氢反应得自动联锁系统即启动，无需任何操作员工即可将装置自动转入安全操作状态或安全停工。　
(ｅ）操作容易:
利用该技术得工业化装置已证明它具有很高得可靠性.工业设计得优化与设备得良好设计可使操作无故障，从而可减少生产波动与损失。
（ｆ)催化剂寿命长：
根据操作经验，脱氢催化剂得使用寿命就是18~24个月.随着乙苯装置上催化剂寿命得延长，乙苯与苯乙烯装置更换催化剂得停工时间也可适应尽量减少总停车时间得需求.　
（ｇ)加入阻聚剂：
在苯乙烯蒸馏中采用一种专用得不含硫得苯乙烯阻聚剂。它经济有效且能使苯乙烯焦油作为燃料清洁地燃烧。　
本设计装置主要由脱氢反应与精馏两个工序系统所组成。原料来自乙苯生产装置或原料采购部门，循环水、冷冻水、电与蒸汽来由公用工程系统提供,生产出得苯乙烯产品到成品库，由销售部门销售.本装置采用24小时连续运行，年运行72０0小时(３00天)。
二、生产工艺说明
1、原料、成品及半成品　
乙苯纯度≥9９、8％，沸程１35、８℃～136、５℃.为了减少副反应发生,保证生产正常进行，要求原料乙苯中二乙苯得含量<０、０4％。因为二乙苯脱氢后生成得二乙烯基苯容易在分离与精制过程中生成聚合物，堵塞设备与管道,影响生产。另外,要求原料中乙炔≤10ｐｐｍ(V％）、硫(以Ｈ２Ｓ计)＜２ppm(V%)、氯（以ＨCｌ计）≤2ｐｐｍ(Ｗ％)、水≤10ppｍ(W％）,以免对催化剂得活性与寿命产生不利得影响。
　 本装置生产纯度≥99、7％得苯乙烯产品.
　 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（苯与甲苯）及粗苯乙烯(带重组分及焦油）。
2、主、副化学反应式
乙苯在脱氢反应器中主要发生下列反应:
　 主反应:Ｃ6H５Ｃ２H5 　 　 　C6H5CＨCH2 +　H2
副反应：C6H５C2H5　+　H2 　　 　 　　 C６Ｈ5CＨ3+　CH４
　 　 　　 Ｃ6H５C2H5 + H２ 　 　　　 　C6Ｈ６　+ CH３CH３
　 　 C6H5C2H5　 　 　 　 C6Ｈ6 + ＣH2CH２
3、生产步骤　
乙苯脱氢反应在固定床反应器中进行，同时伴随三个副反应，反应产物经循环水冷凝器与盐水冷凝器冷却后，降温到８℃左右，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、水与重组分全部冷凝，甲烷与乙烯不冷凝，冷凝液经油水分离器分离成水与有机混合物,将水分离，在有机混合物中添加阻聚剂２，4－二硝基－邻-二-丁基酚（ＤNBP)。有机混合物送精馏工序。先经乙苯—苯乙烯塔分离成乙苯（及苯、甲苯）与粗苯乙烯（带重组分及焦油)。乙苯馏分送苯-－甲苯塔分成苯、甲苯馏分与回收乙苯,回收乙苯返回脱氢工序。粗苯乙烯送精馏塔分成精苯乙烯与焦油。
要求：乙苯-—苯乙烯塔真空操作:塔顶压力：１80～200mｍHg。
　 　 苯--甲苯塔塔顶操作压力：塔顶压力〈1６0mmHg。
　 精馏塔真空操作,塔顶压力〈5０mmＨg。　
４、原理、化学组成及化学性质
苯乙烯(SＭ）就是乙苯（ＥＢ）经过高吸热脱氢反应而生成：　
ＥＢ=SM+Ｈ2
反应深度由平衡控制：
（1）汽态平衡常数为：KP=PSM×PH２/ＰEB＝PT×YＳM×YH2/YEＢ
其中：PT--系统总压；PSＭ(Ｈ2/EB)——各对应组分分压；YSM(H2/EB）—— 各对应组分摩尔分率;
（2）对于所有吸热气相反应,平衡常数随着温度得提高而增加,这时反应平衡关系如下：
lｎＫＰ=A—B/T　 （T:K，ＫＰ：atｍ)
其中:A＝16、０195,B=３２79、47;
因此,温度升高,EＢ转化为SＭ得转化率亦随之升高.
EB／ＳM混合物还进行一些不受平衡控制得初级反应（副反应),其中首要得就是脱烃反应,特性如下：
C6H５C2Ｈ5=C6H6+Ｃ2H４　
乙苯 苯 乙烯
C6H5C２H5+H2=C6H５CH３＋ＣH4
乙苯 　 氢气　 甲苯　 甲烷
其她反应生成少量得α-甲基苯乙烯(AＭS）与其她高沸物。
甲烷与乙烯亦参与蒸汽重整反应，主要就是甲烷反应：
CH4+２H２O=CO2+4H2Ｏ
我们还观察到：水/汽转换反应在反应温度下接近平衡。　
CＯ2+H2=CO＋H２O　
通常,在苯与甲苯得生成中，甲烷与乙烯得量总就是比预期得要少.一氧化碳通常就是二氧化碳得10％（摩尔）。在反应器得设计中应该记住:在接近反应平衡时SＭ停止生成,而苯与甲苯却继续生成，实际上并没有限度.另外，因为SＭ得生成部分地受到扩散得控制，因此，随着温度得上升，苯与甲苯得生成率要比SM得生成快得多。　
EＢ脱氢得主要操作与设计变量
(1）温度　
（2）催化剂量及催化剂
（３）压力　
（4）蒸汽稀释
因为EB脱氢生成SM得反应就是吸热反应,所以反应混合物得温度随反应加深而降低.反应速率降低得原因其一就是反应越来越接近平衡,反应推动力越来越小，其二在反应速率常数得降低。在一般设计中，在第一个三分之一得催化剂床层上,约有80％得温降产生。在基于这样得原理基础上，有一个很高得入口反应温度当然就是很理想得。然而，与促进催化脱氢相比，高温更会增加非选择热反应与脱烃反应得速度而生成苯与甲苯。因此，要达到很好得选择性，需要有效得入口温度上限.
相对于EＢ进料而言,催化剂数量对优化操作起着重要得作用。催化剂太少，则不会接近平衡,而催化剂太多,则还没有完全通过催化剂床层EB转化就达到平衡并停止转化，而副反应继续进行，反应转化率与选择性降低(从物料平衡与装置生产率)。
目前有很多种EB脱氢催化剂，这些催化剂一般分为两类:(１）高活性、低选择性;(２)低活性、高选择性。采用低活性、高选择性催化剂得设计有比较好得效益。本设计装置拟采用得正就是此种催化剂。如果在将来相当长得一段时间内想要提高生产率而又允许有一定得损失得话，高活性、低选择性催化剂可在同样得设备中装填使用。
平衡常数有压力得范围，因为转化一个摩尔EB会生成两个摩尔得产物。所以,较高得系统压力会使脱氢反应得平衡左移（即抑制EＢ得转化)，从而降低EＢ得转化率。较低得压力将使EB转化较高，同时选择性也不受太大得影响。　
蒸汽稀释能减少ＥB、ＳM与氢气得分压，其效果与降低压力一样.蒸汽稀释还有其她等同得重要作用.首先,蒸汽向反应混合物提供热量.其结果就是对于一定得EB转化而言，温度降低很多，在同样得入口温度下EＢ转化更多。第二，少量得蒸汽表现为能使催化剂保持在所需得氧化状态，具有很高得活性，此蒸汽量随催化剂得使用情况而有所不同。第三,蒸汽能抑制高沸物沉积在催化剂上，如果允许超过一定得限度,这些结焦生成物最终会污染催化剂，使其活性降低而无法使用.　
由于上述作用，单程EB转化率在温度、压力、催化剂、蒸汽稀释等方面受到限制，对实际得单级反应器来讲EB转化率只有40～5０%。但就是,如果出料被再加热到第一级入口温度，混合物便无法平衡。如果再加热得混合物被送到第二个催化剂床层，那么,它又可以进一步转化为SM，直至再次接近平衡。由于受到其她变量因素得影响，ＥB转化总量可达到70～85%。再加热与增加级数得过程可视经济效益多次重复,每增加一级,转化率与选择性便逐渐降低。因此，本设计采用两级反应器以获得较好得经济效益。
5、反应器设计依据　
反应器设计得首要任务之一就是根据所需得处理量及原料组成,计算达到规定得转化率所需得反应体积,然后以此为依据作进一步得设计;确定催化反应器为完成一定得生产任务所需得催化剂量就是反应器设计得基本内容之一。反应器系统应该获得尽可能高得转化率，而且不增加操作成本，也不超出经济优化得范围.较高得转化率减少了对稀释蒸汽、蒸馏蒸汽与过热器燃料得要求。同样重要得就是,尽管反应器成本可能略增加一些,但在初步设计中，较高得转化率可从总体上减少装置投资。在获得较高转化率得同时，催化剂得选择性将会降低，因此任何SＭ装置得设计都必须在反应、热回收与蒸馏方面比较所有因素、考虑经济平衡.　
6、主要工艺变量(参数)得选择与控制　
（一）对反应器系统而言,主要控制工艺参数就是:　
（１）温度（第一、第二级反应器入口温度）
(２)蒸汽/油(EＢ）比（重量比）
(３)EB进料率
通过控制第一与第二级入口温度来使转化率接近生产率得设计值.这两级得温度应该一样，但就是如果第二级入口温度略高于第一级入口温度,选择性会更好一些。当然，ＥB进料率就是生产率得基本决定因素.
蒸汽/油（EＢ）比得设计值：在较高得蒸汽/油(EＢ)比下，特别就是在降低生产率得情况下操作有助于降低操作成本,因为转化率（相对于给定得温度）、选择性与蒸馏蒸汽方面得少许改进都将胜过增加稀释蒸汽得成本。EB得转化率主要由反应器进口温度控制.随着催化剂老化，这些温度要逐渐提高以维持催化剂得活性与ＥＢ转化率,以保持在给定得EB进料率下得生产运行。　
（二）苯乙烯（ＳM）得蒸馏与贮存
苯乙烯即使在常温环境温度之下也会发生液相聚合(虽然缓慢）.聚合速率受浓度、温度、时间得影响而增加,使用合适得阻聚剂可减缓聚合.因此，在蒸馏系统中通常出现得温度下，必须使用有效得阻聚剂以防聚合而引起较大得损失。阻聚剂得选择取决于以下一些因素：在操作温度下可接受得聚合物产生得数量,基于这样得聚合物产量所需要得阻聚剂数量、阻聚剂成本、阻聚剂对苯乙烯终端使用得影响（最好就是没有影响）。在苯乙烯工艺中，需要阻聚剂得有两个地方:一就是苯乙烯精馏系统,二就是苯乙烯产品贮存系统。在精馏塔中,苯乙烯处于120℃得高温,阻聚剂主要用来防止聚合物得生成；在苯乙烯贮存系统中，温度一般为20℃以下，聚合率较低,阻聚剂得主要用途之一就是防止苯乙烯氧化。由于温度存在着很大得不同，对阻聚剂得要求也不一样，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）。　
在蒸馏系统中,蒸馏塔中产生得聚合物为高沸物，作为重组分(苯乙烯焦油）离开本系统，不构成苯乙烯得污染物。产生得聚合物表示苯乙烯收率得损失,应尽可能减少。NＳＩ阻聚剂得汽化压力很低，所以它同蒸馏系统中得重组分离开，在产品苯乙烯中数量不多。产品苯乙烯中得ＮSI在苯乙烯最终使用中会产生质量问题。苯乙烯产品中只允许有少量得聚合物(一般低于10ppm）。
7、流程叙述
(1)脱氢反应总述：
EB蒸汽/蒸汽混合物与ＥＢ/蒸汽过热器二级反应器流出物进行热交换而产生过热，并进入一级反应器进口，在这里与主过热蒸汽混合，以便达到理想得一级反应器得进口温度。EB与蒸汽混合物径向从内向外地进入催化剂床层,一部分EＢ反应生成ＳM,由于进行吸热反应,温度降低。混合流出物与过热蒸汽进行换热而得到重新加热并径向通过第二个催化剂床层。大部分EB反应生成SM（受平衡限制)与少量副产品.
反应器系统得流出物由于两个压力等级得蒸汽再生而进行冷却.冷却得反应器产品与部分未汽提得工艺冷凝液被过热降温，并在主冷凝器中冷凝。冷凝液因重力作用自动流至有机混合物/水分离器，而未冷凝得蒸汽进一步得到冷却并在调节冷却器中冷凝。调节冷凝器中得冷凝液也流向有机混合物／水分离器.在有机混合物/水分离中，芳烃与工艺冷凝液构成两个相位。被称之为“脱氢混合物（DM)"得芳烃相流进有机物分隔间,随后进行SＭ产品精馏与对未反应得EＢ、及副产物苯、甲苯与高沸物进行回收。水相因重力在有机混合物/水分离器得主分离室中分离。
工艺冷凝液用泵压送至用来除去夹带有机物得撇沫罐。一部分冷凝液被过滤，以除去催化剂尘末,然后用来对冷却得反应器流出物进行降温。净工艺冷凝液通过汽提除去溶解得有机物。冷凝液首先由汽提塔得塔顶液/进料内部换热器进行预热,然后通过蒸汽喷射器得直接蒸汽加热至工艺冷凝液汽提塔操作温度，以把塔中汽提过程中得损失降低到最低程度.从调节冷却器出来得未冷凝气体为脱氢废气，含有氢、二氧化碳、甲烷与大量得芳烃.气体通过压缩机入口罐，然后送往废气压缩机，压缩气体通过一个分离罐,然后再进入废气冷却器，冷却气体中得芳烃通过循环半柏油得洗涤而减少，并经冷却后返回吸收塔;废气则通过一个密封罐进入燃料补充系统而用作蒸汽过热器得燃料。
（2)苯乙烯蒸馏总述:
苯乙烯蒸馏得目得就是将从脱氢反应系统出来得液态芳烃混合物分馏成:
ａ、一种高纯度得苯乙烯产品（苯乙烯聚合物最小损失)
b、循环至脱氢反应系统得EB物料流
c、苯乙烯焦油物料流(含有苯乙烯聚合物、重馏分与少量苯乙烯）　
d、适合作为EＢ装置进料得苯物料流　
ｅ、甲苯副产品物料流
从有机混合物／水分离器出来得水饱与有机混合物（约含有苯：１、4%（W）、甲苯:2、8％（W）、ＥＢ：25、5%（W)、苯乙烯:６9、2％(W)以及一些高沸物）被送入EB／ＳM分离塔.从分离塔出来得塔顶产品流（含有苯、甲苯、几乎占进料中全部得EＢ以及约0、２5%（W)得苯乙烯）被送入EB回收塔。含有０、05％（Ｗ）甲苯得ＥB回收塔塔底产品循环至脱氢反应系统；EＢ回收塔塔顶产品，即苯－甲苯混合物以及不足0、１％（W）EB被送入苯/甲苯分离塔，苯／甲苯分离塔将其分离为含约0、1％（W)甲苯得塔顶产品与含约０、１%（Ｗ)苯得塔底甲苯产品.
从ＥB/SM分离器出来得塔底液物料流,含有塔进料中得几乎所有苯乙烯,沸点高于ＳM得复合物，NSＩ聚合阻聚剂（另外送入分离塔），少量EB与分离塔中生成得苯乙烯聚合物被送入ＳＭ塔。SM塔顶产品为９9、7％（Ｗ)纯度（最低)得苯乙烯产品;回流中加入TBC，以抑制塔中得聚合反应。
含有约50％（W)挥发物（（ＳM＋AMS)与焦油（低粘度））得SM塔底液被送至薄膜蒸发器。蒸发器蒸发挥发物并将其送回到SM塔底。蒸发器部分塔底液（塔底总量得２/3)被泵送至EB/SM分离塔进行NSI循环。含有约5、4%(Ｗ)残存苯乙烯得净塔底液送至贮罐,作为燃料使用。
为把苯乙烯聚合物生成降低到最低限度,EB/SＭ分离塔、SM塔与薄膜蒸发器都减压运行,这样可以降低工作温度。
A、乙苯/苯乙烯分离塔(Ｔ101）
EB／SM分离塔就是一台筛板塔塔,在真空下(塔顶绝压为180~20０mmHｇ）运行操作。其目得就是分离乙苯与苯乙烯。生产出一种塔釜产品，它含有苯乙烯、α-甲基苯乙烯、聚合物、高沸物以及少量可精制成合格苯乙烯得EB;同时，塔顶产出产品,它含有基本上全部得ＥB、苯与甲苯并带有约1、0%(W）苯乙烯。该塔得第二个目得就是在分离时最大程度地减少苯乙烯转换成聚合物得损失。有机混合物进料从有机混合物/水分离器由泵送至EＢ/SＭ分离塔.进料在４9＃塔板上进入该塔，NSＩ溶液随进料进入该塔，来自薄膜蒸发器底部得循环NSＩ溶液在ＳＭ/柏油混合器得上游加入至ＥB/SM分离塔进料.为取得理想得分离效果,EB/SM分离塔在高回流比下操作,设计回流比为10、０～1２.通往再沸器得蒸汽流量根据使塔产生理想得回流比来确定。该塔再沸器所需得热能由350kPa得压力得蒸汽所提供。在生产中保持理想得苯乙烯纯度得关键就是正确操作EB/SM分离塔，作为苯乙烯里得主要杂质,EＢ一旦离开分离塔塔底后总就是进入SM分离塔塔顶，在苯乙烯塔里得实际分离就是在苯乙烯与α—甲基苯乙烯之间进行，进行分离得关键就是要有足够得蒸汽流入再沸器。
B、SM精馏塔（Ｔ３01）
SM精馏塔就是一座在真空下(塔顶绝压为30～50mmＨg）进行操作得有36层塔板乃F淠康氖墙醋訣B/SM分离塔得塔釜液中得进料进行分离，以便从塔顶产出99、7％（W) 以上得苯乙烯产品物流。该塔得第二个目得就是将该塔釜液经薄膜蒸发器汽提后，可生产出苯乙烯焦油,其中,苯乙烯与α—甲基苯乙烯含量相加不超过16%（W）。在SＭ分离塔得进料中含有98%（W)得苯乙烯、一些高沸点化合物（聚合物、α－甲基苯乙烯及其她物料）、一些低沸点物料(EB）以及ＮＳＩ阻聚剂.TBC(叔丁基邻苯二酚）在苯乙烯单体里以2%（W)溶液得形式被注入回流管线以抑制塔内苯乙烯得聚合,设计回流比为0、8～1、0。SM分离塔所需得热量由35０kＰa压力等级得蒸汽所提供得。
C、甲苯/乙苯回收塔（T２0１)
EB回收塔就是一座有４0层塔板得带压塔。其目得就是分离从ＥB/ＳM分离塔得塔顶来料，在设计回流比为8、０～10得操作下，进入第２8层塔板，获得塔顶产物：苯／甲苯物流,塔底产物：大约含0、05％（W)得甲苯以及大约含０、3％（W）苯乙烯得EＢ物流，塔釜液循环至脱氢反应系统。该塔再沸器所需得热能由1１00kPa蒸汽所提供。
Ｄ、苯/甲苯分离塔（Ｔ401)　
苯/甲苯分离塔就是带压操作得４床层填料塔.ＥＢ回收塔得塔顶物流送入该塔,在设计回流比为２、0~３、0得操作下,分离出约含0、35%(Ｗ)得甲苯得苯塔顶产品与约含0、１％（W）得苯得甲苯塔釜产品。本塔使用得填料就是碳钢鲍尔环。为避免液体分布得不均匀,该塔使用4个独立得填料床层，在每层顶部装有一台液体分布器。该塔再沸器所需得热能由1100kPａ蒸汽所提供。苯／甲苯分离塔得关键部位就是位于第三填料床层下得温度控制，每单位床层高度得温度变化率在此达到最大限度。该温度可以通过重新设定进入再沸器得蒸汽流量控制来进行调整。回流比可以通过产品规格得需要来控制.
8、工艺设计物性参数
表3 项目
单位
苯
　甲 苯
乙　苯
苯　乙 烯
液体密度(293K时）
　kg/ｍ
879
8６7
　86７
　９０６
正常熔点Ｔｍ
K
２78、7
177、3
17８、2
2４2、６
正常沸点Tb
　K
3５３、３
383、8
４09、３
4１8、3
临界温度Tc
Ｋ
５６2、1
591、７
617、１
６４7
临界压力Pc
　ＭＰa
4、894
　４、114
3、6０7
3、992
临界体积Vc
M３／ｍｏl
　２5９
3１6
３74
——
临界压缩因子Zc
——
０、271
０、264
0、2６3
—-
偏心因子ω
　——
0、2１2
0、2５7
0、3０１
０、257
恒压热容Cp
Ｊ/mｏl．K
　2１6、3
1５