9苯乙烯生产课件第二课时

学习情境九 苯乙烯生产技术 工作任务 授课地点 任务描述及任务目标 包含章节 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件及工艺流程 多媒体教室5-9 教学方法 行动导向 课时 2 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件的选择 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺流程 主要教具、设第九第三、四节 备、工具 多媒体 学习重点 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件的选择 及难点 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺流程 已具有有机化学、物理化学,化工热力学等的学习基础，具有一定的学生学习 基础 自学能力，接受知识的能力也较强. 知识点： 一、乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件的选择 脱氢反应过程所需控制的主要操作参数有反应温度,压力,水蒸气用量、原料纯度和空速。 1、反应温度 表9-1乙苯脱氢反应的平衡常数 T/K Kp 700 3.3×10 -2800 4.71×10 -2900 3.75×10 -11000 2.00 1100 7.87 由于反应是吸热的,提高反应温度对热力学平衡和反应速度都有利。但在高温下,裂解、聚合等副反应的反应速度增加更快,导致反应选择性下降,催化剂因表面结焦活性下降速度加快,再生周期缩短,表3-2-18示出了乙苯在XH-02及G4-1催化剂上催化脱氢制苯乙烯时反应温度对转化率和选择性的影响。由表3-2-18可知,反应温度超过600℃时,对选择性就会产生影响,故工业上一般控制在580～620℃之间,反应初期,催化剂活性好,反应温度可以低些,反应后期,反应温度则要高些。 表9-2 乙苯催化脱氢反应温度的影响 催化剂 XH-02 反应温度,℃ 580 600 转化率,% 53.0 62.0 选择性,% 94.3 93.5 《化工生产技术》课程教案 620 640 G4-1 580 600 620 640 72.5 87.0 47.0 63.5 76.1 85.1 92.0 89.4 98.0 95.0 95.0 93.0 乙苯液空速(LHSV)1h,乙苯/H2O(体积比)=1∶1.3 2、反应压力 在上述热力学分析中,已对操作压力作了阐述,低压或负压对操作是有利的,为降低乙苯分压,采用添加稀释剂(如水蒸气)也是可行的办法,而且因系统总压大于大气压,反应安全性可提高,但此时要求催化剂具有耐水性(否则只能在低压或负压下操作),并尽可能降低反应器的阻力。 3、水蒸气用量 加入稀释剂水蒸气是为了降低原料乙苯的分压，有利于主反应的进行。选用水蒸气作稀释剂的优点： 1）可以降低乙苯的分压，改善化学平衡，提高平衡转化率 2）与催化剂表面沉积的焦炭反应，使之气化，起到清除焦炭的作用 3）水蒸气的热容量大，可以提供吸热反应所需的热量，使温度稳定控制。 4）水蒸气与反应物容易分解 根据工业生产实践绝热反应器的水蒸气/乙苯为14∶1(摩尔比)左右,等温多管反应器所需水蒸气量比绝热反应器少一半左右,这是因为后者靠管外烟道气供热的缘故。 4、原料纯度 若原料气中有二乙苯，则二乙苯在脱氢催化剂上也能脱氢生成二乙烯基苯，在精制产品时容易聚合而堵塔。原料气中二乙苯含量小于0.04%。 5、空间速率 表9-3 乙苯液空速的影响(催化剂XH-02) 乙苯液空速(LHSV),h -1-11.0 0.6 《化工生产技术》课程教案 V(乙苯)/V(水蒸气) 反应温度,℃ 580 600 620 640 转化率,% 53.0 62.0 72.5 87.0 1/1.3 选择性,% 94.3 93.5 92.0 89.4 转化率,% 59.8 72.1 81.4 87.1 1/1.3 选择性,% 93.6 92.4 89.3 84.8 乙苯液空速小,在催化剂床层停留时间长,转化率高,但由于连串副反应的竞争,使选择性下降,催化剂表面结焦量增加,再生周期缩短。空速过大,转化率低,未转化的原料回收循环量大,若是绝热式反应器,水蒸气的消耗也将明显增加。乙苯的液空速对转化率和选择性的影响见表9-3。现在一般工业上-1采用的液空速为0.4～0.6h。 第四节 乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺流程 一、原料的准备-----乙苯 1、乙苯的结构 2、物理性质 无色透明液体，具有芳香气味，几乎不溶于水，可溶于乙醇。易燃、易爆，对皮肤、眼睛等有刺激。 3、化学性质 取代、氧化、加成、磺化、硝化 二、苯烷基化生产乙苯反应原理及特点 1、原理 主反应 主要副反应： 在课本上P200页 1）多烷基苯的生成 2）异构化反应 《化工生产技术》课程教案 3）烷基转移反应 4）芳烃缩合和烯烃的缩合反应 三、乙苯生产工艺流程 A.多管等温反应器脱氢工艺流程 图9-1 多管等温反应器乙苯脱氢工艺流程 1.脱氢反应器;2.第二预热器;3.第一预热器;4.热交换器; 5.冷凝器;6.粗乙苯贮槽;7.烟囱;8.加热炉 图9-2 乙苯脱氢等温反应器 1.多管反应器;2.圆缺挡板;3.耐火砖砌成的加热炉;4.燃烧喷嘴 工艺流程示于图9-1。原料乙苯蒸气和一定量水蒸气(水蒸气/乙苯为6～9∶1(摩尔比))混合后,经第一预热器,热交换器和第二预热器预热至540℃左右,进入反应器进行催化脱氢反应,反应后的脱氢产物离开反应器的温度为580～600℃,经与原料气热交换回收热量后,进入冷凝器进行冷却冷凝,凝液分去水后送粗苯乙烯贮槽,不凝气体内含有90%左右的H2,其余为CO2和少量C1和C2,一般用作燃料气,也可作工业氢源。 多管等温反应器列管中装有催化剂,脱氢反应所需热量通过管壁(见图9-2)由高温烟道气供给,为使高温烟道气温度均匀而且不会很高,常抽出部分烟道气循环使用。 《化工生产技术》课程教案 图9-3 绝热反应器乙苯脱氢工艺流程 1.水蒸气过热炉;2.脱氢反应器;3,4.热交换器;5.冷凝器;6.分离器 与后面叙述的绝热反应器乙苯脱氢工艺流程相比,多管等温反应器进口温度低,利用乙苯浓度高的有利条件获得较高转化率,并行副反应也不太激烈,因而选择性好;出口温度高,保证转化率仍较大,副反应因乙苯消耗也将有所减弱,出口温度控制适宜,聚合和缩合等连串副反应也不太会激烈。因此,等温反应比绝热式优越,转化率和选择性都较高,一般单程转化率可达40%～45%,苯乙烯的选择性达92%～95%。但为使径向反应温度均匀,管径受到限制(100～185mm), B.绝热式反应器脱氢工艺流程 图9-3示出了单段绝热反应器脱氢工艺流程。循环乙苯和新鲜乙苯与占蒸气总量10%的水蒸气混合后,与高温脱氢产物进行热交换被加热于520～550℃,再与过热到720℃的其余90%的过热水蒸气混合,进入脱氢反应器,脱氢产物离开反应器时的温度为585℃左右,经热交换回收热量后,再进一步冷却冷凝,凝液分离去水后,进粗苯乙烯贮槽, 四.脱氢液的分离和精制 脱氢产物粗苯乙烯(也称脱氢液或炉油),除含有目的产物苯乙烯外,还含有尚未反应的乙苯和副产物苯,甲苯及少量焦油;具体组成因脱氢方法和操作条件不同而异,表3-2-21示出了不同工艺的炉油组成。由表9-3可见, 表9-3 不同工艺得到的粗苯乙烯组成 各组分沸点差较大,可用精馏方法分离,其中乙苯-苯乙烯的分离是最关键部分,两者佛点差小(约9℃),加之苯乙烯在温度高时易自聚,除加阻聚剂(二硝基苯酚、叔丁基邻苯二酚等)外,塔釜温度需控制在90℃以下,因此必须采用减压操作。 图9-5 粗苯乙烯的分离和精制流程 1.乙苯蒸出塔;2.苯,甲苯回收塔3.苯,甲苯分离塔;4.苯乙烯精馏塔 苯乙烯成品贮槽要求没有水,无铁锈,因为有水时铁锈会与阻聚剂反应,使成品带色,并有加速聚合的危险;贮槽中阻聚剂加入量一般为5～15ppm;成品槽环境温度不宜高,保存期也不宜过长。 《化工生产技术》课程教案 设计、组织实施、时间安排： 一、 设问复习回顾顺丁烯二酸酐生产技术的工艺条件？ 5min 引出这节课，乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件 二、多媒体讲解乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺条件 30min 1、 反应温度 2、 反应压力 3、 水蒸气用量 4、 原料纯度 5、 空间速率 三、多媒体讲解乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺过程 25min 四、分组讨论 学生分组讨论 10min 五、小结 教师总结乙苯脱氢法生产苯乙烯的工艺条件的选择及工艺流程 5min 六、布臵思考题和作业 5min 教学反思