实验报告

课程名称：  化工专业实验       指导老师：     XX        成绩：__________________

实验名称： 乙苯脱氢制苯乙烯    实验类型：        同组学生姓名： XX

一、实验目的和要求（必填）                         二、实验内容和原理（必填）

三、实验材料与试剂（必填）              四、实验器材与仪器（必填）                 

五、操作方法和实验步骤（必填）          六、实验数据记录和处理          

七、实验结果与分析（必填）              八、讨论、心得

一、实验目的

    1．了解以乙苯为原料，氧化铁为催化剂，在固定床单管反应器种制备苯乙烯的过程;

2．学会使用化学工艺类实验中温度控制和流量控制的仪表、仪器;

3．学会稳定工艺操作条件的方法。

二、实验原理

1．本实验的主副反应

主反应：

          －CH2－CH3        _—CH=CH2 + H2    117.8KJ/mol

副反应：

          －C2H5         ＋C2H4                105KJ/mol

          －C2H5+H2         ＋C2H6             -31.5KJ/mol

          －C2H5+H2         －CH3＋CH4        -54.4KJ/mol

在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：

          －C2H5+2H2O         －CH3＋CO2+3H2 

此外还有芳烃缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。这些连串副反应的发生不仅使反应选择性下降，而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

    2．影响本反应的因素

    1）温度的影响

    乙苯脱氢反应为吸热反应，，从平衡常数与温度的关系式可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度。本实验的反应温度为：540~600℃。

2）压力的影响

乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式可知，当时，降低总压P总可使Kn增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。本实验加水蒸气的目的使降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。较适宜的水蒸气用量为：水：乙苯=1.5：1（体积比）或8：1（摩尔比）。

    3）空速的影响

    乙苯脱氢反应系统中有平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂的活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6/h为宜。

3．催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂。其组成为：Fe2O3－CuO－K2O－Cr2O3－CeO2。

三、实验装置及流程

图1   实验装置流程图

四．实验步骤与方法

（1）反应条件控制：

汽化温度300℃，脱氢反应温度540和600℃，水：乙苯=1.5：1（体积体积比），相当于乙苯加料0.5毫升/分钟，蒸馏水0.75毫升/分钟。

（2）操作步骤

1）了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。

2）将气化室温度控制设定在300℃，反应器温度控制设定为540℃

3）系统通氮气20l/h，打开气化室加热开关，并打开冷却水开关。

4）打开反应器加热开关。

5）当反应器温度到达400℃，开始加入蒸馏水0.75毫升/分钟，并改变氮气流量为10l/h

6）当反应器温度稳定在540℃，停止通入氮气，开始加入乙苯0.50毫升/分钟

7）记录乙苯加料管内起始体积，并将积液灌放空。

8）反应开始每隔10分钟取一次数据

9）反应50分钟后停止进料改通氮气流量为10l/h

10）           记录原料加入体积。

11）           将粗产品取出后静置分层

12）           称出油状液体质量

13）           取少量样品进行气相色谱分析。

14）           改变反应器温度为600℃后再加入乙苯，重复8~13，测得有关数据。

15）           反应结束后，维持温度为500℃持续通入水蒸气，进行催化剂的清焦再生，半小时后停止加水，通入氮气并使反应器降温，至300℃以下时，可切断电源和冷却水，停通氮气。

（3）实验记录及计算

1）原始记录（540℃）

600℃

2）粗产品分析结果

3)计算结果

乙苯的转化率：  

   

    

苯乙烯的选择性：

   

    

苯乙烯的收率：  

   

   

六．结果与讨论

由实验计算结果可以知道，在较高温度下乙苯制苯乙烯的反应在转化率上有一定提高，而且在选择性上面有很大的提高，说明这个反应在高温下更加有利，这与理论相符合。

其实应该差距更加明显的，但是因为操作失误，在540℃那一组下的烃层混入了一定量的水相，导致这一组中的各个数据的偏大，所以说整体来看，高温对这个反应的提升十分明显，关键就应该在于催化剂的耐受程度上。

七、思考题

1、该反应是吸热还是放热，如何判断？如果是吸热，则升高温度对反应是否有利？是不是越高越好？

答：根据温度升高后乙苯的转化率和苯乙烯的收率来确定，该反应是吸热；从热力学角度上来看，温度越高越好，但还受制于其他条件，如催化剂和反应设备等等。

2、对本反应而言，体积增大还是减小？加压对反应有利吗？为什么要加入蒸馏水？可以用自来水吗？

答？体积增大；减压对反应有利；加入水蒸汽可以较少乙苯分压；不能用自来水，应为可能损坏汽化室。

八．符号说明

—298K下标准热焓，KJ/mol；

KP，Kn—平衡常数；

ni—i组分的摩尔分数；

P总—压力，Pa；

R—气体常数；

T—温度，K；

—反应前后摩尔数变化；

—原料的转化率%；

S—目的产物的选择性%；

Y—目的产物的收率；

RF—原料消耗量，g；

FF—原料加入量，g；

P—目的产物的量，g。

第二篇：苯乙烯生产中年处理3.5万吨乙苯和多乙苯分离工段的工艺文献综述

文献综述

摘    要

    通过查阅大量的文献，对苯乙烯的性质、用途、市场情况、工艺原理、分离乙苯和多乙苯塔的类型进行了简介，重点论述了乙苯和多乙苯的分离。在苯乙烯生产中，通常是用苯和乙烯脱氢制得苯乙烯，在此过程中，会有副产物乙苯和多乙苯的产生，通过连续精馏操作，从而使乙苯和多乙苯分离。

关键词：苯乙烯 乙苯和多乙苯 连续精馏

Abstract

By consulting a lot of literature, the styrene properties, uses, market conditions, process principle, separation ethylbenzene and polyethylbenzene tower type were introduced, focuses on the separation of ethylbenzene and polyethylbenzene. In the production of styrene, usually with benzene and ethylene dehydrogenation to styrene, in this process, ethylbenzene and polyethylbenzene were by-producted. Through the continuous rectification operation, thylbenzene and polyethylbenzene were separated.

Key words:  styrene    ethylbenzene and polyethylbenzene    continuous rectification

前    言

    苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要基本有机原料,主要用于生产聚苯乙烯、ABS,也可用于制备丁苯橡胶、苯乙烯-顺丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、不饱和聚酷等,此外,也是生产涂料、染料、合成医药的重要原料[1]。

   在化工、石油、轻工等生产过程中，经常需要将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。在苯乙烯生产中，将乙苯和多乙苯与苯乙烯分离可以提高苯乙烯的纯度，得到精制苯乙烯的目的。分离过程的设计通常以系统的总费用最小为目标，涉及选择适宜的分离方法，确定最优的分离序列，实现系统热集成等环节，是化工过程系统工程研究的重要问题之一。而精馏是目前最重要的多组分分离操作，由于其只需要提供能量和冷却剂就能得到高纯度的产品，且操作简单，因此被广泛应用[2]。

1.苯乙烯的性质

1.1结构式

    苯乙烯又名苏合香烯，乙苯烯。英文名字：Styrene。

    分子结构如下：

1.2性质

    无色油状液体，凝固点-30.6℃，沸点145.2℃，相对密度0.9059（20℃），折光率（nD20）1.5463,闪点31℃。溶于醇和醚，不溶于水。受热或空气中易聚合成稠厚或透明的固体，聚合过程中可因温度升高而引起爆炸。不能长期存放。商品常加入对苯二酚或叔丁基苯二酚（2~20mmp）作稳定剂，以延缓其聚合。

2.苯乙烯的用途

    苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料,主要用于生产苯乙烯系列树脂、ABS、丁苯橡胶,离子交换树脂。此外,苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业。苯乙烯系列树脂的产量在世界合成树脂中居第三位,仅次于PE、PVC[3]。苯乙烯、丁二烯和丙烯睛共聚而成的ABS树脂是用量最大的大宗热塑性工程塑料,在电子电器、仪器仪表、汽车制造、家电、玩具、建材工业等领域得到了广泛应用。具体用途如下:

    聚苯乙烯（PS）目前聚苯乙烯是我国苯乙烯最主要的消费领域,占苯乙烯消费总量的53.4%,其产品包括通用型聚苯乙烯(GPPS)、耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)以及可发泡聚苯乙烯(EPS)等,GPPS/HIPS广泛用于电子电器、日用品及包装材料等诸多领域,可作常见的电视机、空调、冰箱、电脑等的外壳或其它配件;EPS广泛用于包装材料、建筑保温材料和一次性餐具,其在建材和包装方面将快速增长。随着电视机朝着平板化方向的发展,GPPS/HIPS在电子电器行业的需求有所放缓[4]。

    ABS/SAN树脂ABS/SAN树脂是我国第二大苯乙烯衍生物,也是增长最快的领域。ABS/SAN树脂兼具有聚丁二烯橡胶的韧性和低温抗冲击性,SAN树脂的耐热和化学稳定性及聚苯乙烯树脂的刚性和光泽性,因而具有耐冲击、耐热、耐低温、耐化学腐蚀性、电气性、易加工成型和表面光泽性好等优异的综合性能,广泛用在电子/电器部件、仪器仪表、汽车制造、建材和玩具等产品上[5]。

    丁苯橡胶/丁苯胶乳丁苯橡胶是苯乙烯下游的主要产品之一。其主要用于轮胎胎面胶、胎侧胶,也广泛用于鞋底、胶带、胶管、胶辊、胶布、医疗用品及其他工业制品,并少量用于电线、电缆等非橡胶工业中。

    不饱和聚酷树脂苯乙烯是不饱和聚酷制得粘稠的液态树脂的稀释剂。不饱和聚脂分为增强和非增强类两种树脂[6]。增强类树脂主要是玻璃钢制品,广泛用于建筑工业、造船工业、化工防腐设备(玻璃钢管及罐)、车辆部件等方面。非增强类树脂主要用于工艺品及人造大理石等。

    苯乙烯系热塑性弹性体苯乙烯系热塑性弹性体主要包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)以及其相应的加氢产物SEBS和SEPS等。我国主要生产SBS产品,用于鞋用料、沥青改性剂、胶粘剂和聚合物改性剂。
    其它方面苯乙烯主要用于生产农药、医药、离子交换树脂等。

3.苯乙烯的市场情况

    目前，我国苯乙稀作为生产树脂和合成橡胶的原料近几年的需求在逐步增加。随国内经济的发展,特别是在国家政策的刺激下,家电、建材、汽车工业都得到了飞速发展,对PS、ABS树脂以及苯乙稀系列橡胶SBR、SBS等需求将继续保持较快速度的增长。最近随建筑物节能降耗要求受到重视,EPS、SBS等产品作为优良的保温材料大量用于建筑业,在苯乙稀消费结构中所占比例将有所增加。同时聚苯乙稀、ABS及SBR的需求也保持强劲的增长势头。但是我国苯乙烯产能还不能满足国内市场的需求,产品一直依赖进口。据统计,20##年我国苯乙烯表观消费量约850万吨,国内总产能超过650万吨/年,产量约490万吨,进口量约为360万吨,产品自给率约58%。相比20##年,国内产量较去年同期增加了 50余万吨,约增加10%,进口总量较去年同期增加约3万吨。预计到20##年,国内的消费量将达到1200万吨,国内产能将达到700万吨,仍缺口 500万吨。从目前來看,苯乙烯仍呈供不应求的趋势[7]。

4.苯乙烯生产工艺原理

苯乙稀装置共分乙笨及苯乙烯两个单元,其中乙苯单元所使用的工艺方法为液相分子筛法,乙苯单元生产高质量的乙苯（EB）,用于生产苯乙稀[8]。在沸石催化剂的作用下,通过苯和乙稀在高压下发生的烷基化反应生产乙苯,经精馏后生产出中间产品高纯度乙苯,做为苯乙稀单元脱氢原料;苯乙稀单元则利用负压催化脱氢技术,将中间产品乙苯在高温、负压下脱氢生成粗苯乙稀,经精馏后生产出纯度为99.90%的苯乙稀单体[9]。副反应的原理是两个苯环通过一个乙基连接。最简单的副反应产生1,1-二苯基乙院。其他副反应产物如三乙苯、四乙苯的量比较少,二乙苯和三乙苯在精馏部分从乙苯中问收,同加入的过量的苯发生院基迁移反应生成乙苯[10]。

5.分离乙苯和多乙苯塔的类型

    由于平衡蒸馏和简单蒸馏均不能得到高纯度的产品，若要对多组分混合物进行完全的分离，工程上常采用精馏操作。精馏是利用混合液中各组分挥发度的差异，通过多次部分汽化、部分冷凝实现液体混合物分离，并获得高纯度产品的一种操作[11]。图l是一个典型的连续精馏装置简图：

    其中，原料中的气相部分和提馏段上升蒸气混合进入精馏段，经冷凝器冷凝得到目流液和塔顶液相产品。同时，原料中的液相部分和精馏段下降的液相混合进入提馏段，经再沸器使液相沸腾提供气相回流。在精馏塔内的两相接触，精馏段靠消耗冷凝器中的冷量而逐渐将比塔顶产品重的组分冷凝，提馏段靠塔底再沸器的热量而逐渐将比塔底产品轻的组分汽化，如此反复可得到高纯度的产品[12]。

结    论

    从总体上看，世界苯乙烯的生产能力已经出现了过剩的态势，而亚洲尤其是中国的消费量却不断增加，这样势必导致更多的外国产品流入我国，对我国苯乙烯行业今后的发展造成一定的威胁。而目前我国苯乙烯生产能力小，最大的只有14.5万吨/年，仅为发达国家同类装置设计规模的下限，远未达到规模生产的要求，加上生产技术相对落后，致使生产成本高，经济效益差，在国内外市场中缺乏竞争力[13]；因此，应尽快采用先进技术对现有装置进行技术改造，逐步提高装置的生产规模和工艺技术水平，使单套装置的生产规模达到20.0万吨/年以上，以增加产量，降低生产成本，增强我国苯乙烯在国内市场中的竞争力。另外，也可以考虑引进国外最新的生产技术，新建几套生产规模在30.0万吨/年以上的苯乙烯大型生产装置，从根本上解决我国苯乙烯供需之间的矛盾[14]。

    尽管我国在苯乙烯的生产中精馏技术已经达到一定高度的水平，并部分取代了进口，但在高效率、高水准、高节能等方面仍有相当大的潜力[15]。此次设计的目的是使设备达到最佳的工艺要求，以节省费用，提高更高的经济效益。

综上所述，本设计用现行的乙苯脱氢制取苯乙烯的方法为设计基础，对苯乙烯和乙苯塔进行工艺设计和优化。

参考文献

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