《苯乙烯毕业设计》.docx
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1、.化工系毕业论文(设计)1绪论;01.1 苯乙烯SM的简介苯乙烯SM，又名乙烯基苯，其分子式为C H88种简洁芳烃。，它是含有饱和侧链的一图 1-1苯乙烯SM的构造图1.1.1 苯乙烯SM的性质(1) 苯乙烯SM的物理性质苯乙烯SM为无色透亮油状液体，有高折射性和特别芳香气味。苯乙烯SM难溶于水，25时其溶解度为 0.066%，苯乙烯SM溶于甲醇、乙醇、乙醚等溶剂中。苯乙烯SM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肯定的危害。表 1-1苯乙烯SM根本物理性质沸点145凝固点30.4燃烧热kJ/mol4376.9禁配物酸、氧化类相对蒸气密度空气=13.6蒸气压kPa
2、1.3330.8(2) 苯乙烯SM的化学性质苯乙烯SM裂解和燃烧苯乙烯SM在高温下简洁裂解和燃烧，生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、碳、一氧化碳、二氧化碳和氢气等。苯乙烯SM蒸气与空气能形成爆炸混合物，其爆炸范围为 11601。C H- CH = CH+ O CO+ H O652222苯乙烯SM氧化苯乙烯SM具有乙烯基烯烃的性质，反响性能极强，苯乙烯暴露于空气中，易被氧化而成为醛酮、酸类。C H- CH = CH652+ 1 2 O2 C H77- CHOC H- CHO + 1 2 O772 C H77- COOH苯乙烯SM聚合苯乙烯SM从构造上看是不对称取代物，乙烯基因带有极性而易.化工系毕业论文
3、(设计)聚合。在高于 100时即进展聚合，甚至在温室下也可产生缓慢的聚合。因此，苯乙烯SM单体在贮存和运输中都必需参加阻聚剂，并留意用惰性气体密封，不使其与空气接触。1.1.2 苯乙烯SM的用途(1) 苯乙烯SM的进展史苯乙烯SM是 1827 年由 M Bonastre 蒸馏一种自然香脂-苏合香时才觉察的。1893 年 E Simon 同样用水蒸气蒸馏法由苏合香中得到该化合物并命名为苯乙烯SM。1867 年 Berthelot 觉察乙苯通过赤热陶管能生成苯乙烯，这一觉察被视为苯乙烯SM生产的起源。1930 年美国道化学公司首创由乙苯脱氢法生产苯乙烯 SM工艺，但因当时精馏技术未解决而未工业化。
4、直至 1937 年道化学公司和 BASF 公司才在精馏技术上有突破，获得高纯度苯乙烯单体并聚合成稳定、透亮、无色塑料。19411945 年道化学、孟山都化学、Farben 等公司各自开发了自己的苯乙烯生产技术，实现了大规模工业生产。直到 50 年月和 60 年月苯乙烯SM生产技术进展已经成熟，70 年月以后由于能源危机和化工原料价格上升以及消退公害等因素，进一步促进老工艺以节约原料、降低能耗、消退三废和降低本钱为目标进展改进，取得了很多显著成果，使苯乙烯 SM生产技术到达的水平。除传统的苯和乙烯烷基化生产乙苯进而脱氢的方法外，消灭里 Halcon 乙苯共氧化联产苯乙烯SM和环氧丙烷工艺，其中环
5、球化学鲁姆斯法的 UOPLummus 的“SMART” SM 工艺是最先进的，通过提高乙苯转化率，削减了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产力量提高，削减了分别局部的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后削减了副反响的发生；承受氧化中间加热，由反响物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。(2) 用途苯乙烯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，还能与顺丁希二酸酐、乙二醇、邻苯二甲酸酐等共聚成聚酯树脂等。由
6、苯乙烯 SM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 SM生产力量在 1996 年已达 1900 万吨，目前全世界苯乙烯SM产能约为 2150-2250 万吨。;10PS聚苯乙烯、ABS苯乙烯SM与丁二烯、丙烯腈共聚，其共聚物可用于生产ABS 工程塑料；丙烯晴 丁二烯 苯乙烯 丁苯胶与丁二烯共聚可以生成乳胶SBL和合成橡胶SBR； AS 树脂与丙烯腈共聚为 AS 树脂； 其他苯乙烯SM也可用于生产其它树脂。此外，苯乙烯SM还被广泛用于制药、涂料、纺织等工业。1981 年苯乙烯SM的年生产
7、力量到达 17.13Mt，其用途安排以见表 1-2。表 1-21980 年世界苯乙烯SM的用途安排用途安排比例，%用途安排比例，%PS63SBR9ABS9其它树脂6AS1其它用途5SBL7(3) 国内外概况2023 年，共生产 2930 万吨/年，其中美国 600 万吨/年，中国 55 万吨/ 年。1.2 各种苯乙烯SM生产工艺及比较目前苯乙烯SM主要由乙苯转化而成，可通过如下四条工艺路线进展。1.2.1 苯乙酮法较早承受苯乙酮法生产苯乙烯，其步骤主要分为氧化、复原和脱水三步，方程式如下：C H C H+ O65252 C H6COCH53+ H O2C H COCH+ H6532 C H6C
8、HOHCH53C H CHOHCH653 C H6CHCH52+ H O2该法苯乙烯SM产率为 7580%，略低于乙苯脱氢法的产率，但中间副产物苯乙酮产值较高，苯乙烯SM的精制分别较简洁。故此法在国外仍有承受。1.2.2 乙苯和丙烯共氧化法本方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，然后与丙烯进展环氧丙烷，乙苯过氧化物则变为苯乙醇，再经脱水得到苯乙烯SM，即C H C H+ O65252 C H6CHOOHCH53C H CHOOHCH653+ CHCHCH32 C H6CHOHCH53+ H O2C H CHOHCH653 C H6CHCH52+ H O2本过程以乙苯计的苯乙
9、烯SM产率约为 65%，低于乙苯脱氢法的产率。但它还能生产重要的有机化工原料环氧丙烷，综合平衡仍有工业化的价值，故目前国外也有承受此法生产的。1.2.3 乙苯氧化脱氢法乙苯氧化脱氢法是目前尚处于争论阶段生产苯乙烯SM的方法。在催化剂和过热蒸汽的存在下进展氧化脱氢反响的，即：2C H C H+ O 2C H CHCH+ 2H O652526522此方法可以从乙苯直接生成苯乙烯SM，还可以利用氧化反响放出的热量产生蒸汽，反响温度也较催化脱氢为低。争论的催化剂种类较多，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的钴、钼等。但这些催化剂在多处于争论阶段，尚不具备工
10、业化条件，有待进一步争论开发。1.2.4 乙苯催化脱氢法这是目前生产苯乙烯SM的主要方法，目前世界上大约 90%的苯乙烯SM承受该方法生产。它以乙苯为原料，在催化剂的作用下脱氢生成苯乙烯和氢气。反响方程式如下：C H C H C H CHCH+ H65256522同时还有副反响发生，如裂解反响和加氢裂解反响：C H C H+ H65252 C H CH653+ CH4C H C H+ H65252 C H66+ CH CH33C H C H6525 C H66+ CH CH22高温裂解生碳：C6 H 5C2 H 5 8C + 5H 2在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反响：C6 H 5C2 H
11、5 + 2H 2 O C6 H 5CH 3 + CO2 + 3H 2此外还有高分子化合物的聚合反响，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯的衍生物等。通过比较上述四种工艺流程，可以看出方案4 工艺流程简洁，工艺条件合理，生产本钱低，最适合工业化生产，并且具有很高的经济效益，所以最终确定依据方案 4 进展工艺设计。1.3 脱氢工艺的介绍及反响原理1.3.1 脱氢工艺的介绍“SMART”技术是鲁姆斯法生产苯乙烯SM的技术之一。此技术的优点在于，通过提高乙苯转化率， 削减了未转化乙苯的循环返回量，使装置生产力量提高，削减了分别局部的能耗和单耗；以氢氧化的热量取代中间换热，节约了能量；甲苯的生成需要氢，移除氢后削减
12、了副反响的发生；承受氧化中间加热，由反响物流或热泵回收潜热，提高了能量效率，降低了动力费用，因而经济性明显优于传统工艺。该技术可用于原生产装置改造，改造简洁且费用较低。图 1-2“SMART”乙苯脱氢工艺流程图1.3.2 生产工艺的反响原理(1) 反响原理C2H5催化剂500600CH=CH2+H2H+ 1 2 O H O + 热量222除脱氢反响外，同时发生一系列副反响，副产物甲苯、甲烷、乙烷、焦油等；C H C H6525 C H66+ C H24C H C H+ H65252 C H CH652+ CH4C H C H+ H65252 C H66+ C H26C H C H6525 8C
13、 + 5H2C H C H6525+ 16HO 8CO22+ 21H2为了削减在催化剂上的结炭，需要在反响器进料中参加高温水蒸气，从而发生下述反响：C + H 2 O CO2 + 2H 2脱氢反响式 1mol 乙苯生成 2mol 产品苯乙烯和氢气，因此参加蒸气也可使苯乙烯SM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，投料比为水蒸气：乙苯=23：1质量比，反响所得的气体混合物经冷凝、油水分别、多塔分别和精制，制得苯乙烯SM。(2) 催化剂的选取 主催化剂催化剂以三氧化二铁为主助催化剂氧化铬、氧化铜、氧化钾等助催化剂涂于氧化铁或碳酸钾等载体上， 使反响更好的发生，有利于苯
14、乙烯的生成。1.4 生产工艺1.4.1 工艺过程(1) 脱氢过程在脱氢反响器中，苯乙烯的产率与水蒸气用量和反响温度有关。水蒸气用量太少或反响温度太低，反响不完全，产率低；水蒸气用量过多或反响温度过高，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响向右移，也要严格掌握反响温度。(2) 冷凝过程在冷凝器中，将脱氢反响的产物冷凝，降低其温度。(3) 油水分别过程冷凝后，因反响中的水蒸气变为水，通过气体压缩机和油水分别器，将有机相和水分别。(4) 多塔分别过程油水分别的有机相进入粗馏塔，并参加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，将依次它们分别出来，把分别出来的乙苯
15、送回脱氢反响器，使其循环。1.4.2 工艺条件(1) 反响温度乙苯脱氢反响为可逆吸热反响。从热力学方面分析可知，上升反响温度， 反响平衡常数增大，乙苯平衡转化率提高，苯乙烯平衡收率提高；从动力学上分析，反响温度上升，反响速度加快，乙苯转化率提高，当反响温度为 873K 时根本上没有裂解副产物生成；当温度超过 873K，随着温度上升，裂解副反响速度增加更快，副产物苯、甲苯、苯乙炔、聚合物等生成量增多，苯乙烯产率下降。乙苯脱氢反响温度的影响见表三，另外，适宜的反响温度还应依据催化剂活性温度范围来确定。例如，承受以氧化铁为主的催化剂，其适宜的反响温度为 600660。表 1-3乙苯脱氢反响温度的影响
16、反响温度K 乙苯转化率% 苯乙烯产率%(2) 反响压力85353.094.387362.093.589372.592.091387.089.4乙苯脱氢反响是一个气体分子数增多的可逆反响。理论上，低压有利于乙苯平衡转化率及苯乙烯平衡收率的提高。但是，真空条件下进展高温操作易燃易爆物料，在工业生产中极担忧全。为了解决这一冲突，工业上通常承受通入过热水蒸气的方法。这样，既降低了反响组分的分压，推动了平衡的有利移动，又避开了真空操作，保证了生产的安全运行。(3) 水蒸气用量通入水蒸气的作用：水蒸气的热容比较大，通入过热水蒸气，可以供给脱氢反响所需要的局部热量，有利于反响温度稳定；水蒸气可以脱除催化剂外
17、表的积炭，恢复催化剂的活性，延长催化剂再生的周期；水蒸气能将吸附在催化剂外表的产物置换，有利于产物脱离催化剂外表，加快产品生成速度；主催化剂氧化铁在氢气中，会被复原成低价氧化态，甚至被复原成金属铁，而金属铁对深度分解反响具有催化作用，通入水蒸气可以阻碍氧化铁被过度复原，以获得较高的选择性。水蒸气用量增多，乙苯平衡转化率提高。而当水蒸气与乙苯的用量摩尔比超过 9 时，乙苯转化率已无明显提高，而能量消耗更增大，设备生产力量降低。依据生产实践，承受水蒸气：乙苯=6-9：1mol左右。(4) 原料纯度要求为了削减副反响发生，保证生产正常进展，要求原料乙苯中二乙苯的含量0.04%。由于二乙苯脱氢后生成的
18、二乙烯基苯简洁在分别与精制过程中生成聚合物，堵塞设备和管道，影响生产。另外，要求原料中乙炔10ppm体、硫以 H2S 计2ppm(体)、氯以 HCI 计2ppm(质)、水10ppm体，以免对催化剂的活性和寿命产生不利的影响。某厂苯乙烯装置对原料纯度要求如表 1-4 所示。表 1-4某厂苯乙烯装置对原料纯度要求项目单位GB1627-79 级二级外 观无色透亮或稍带微黄液体比 重08660.870D20/4沸程(在760mmHg柱下馏出总体积135.8135.296%时)初沸点末沸点136.6136.7项目单位GB1627-79 级二级杂质含量 (色谱法) 苯+甲苯含量其中苯含量异丙苯、甲乙苯及丁
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