苯乙烯流程的模拟Aspen说明书.docxVIP

化学与环境工程学院化学工程与工艺专业 化工过程模拟及软件 大作业 班 级： 学 号： 姓 名： 苯乙烯流程的模拟（题目） 工业背景 作为重要的一种有机化工原料，苯乙烯在化工生产中有着重要的地位。苯乙烯在是合成聚苯乙烯，树脂，丁苯乳胶，丙苯树脂，丁苯橡胶，ABS塑料，热塑性弹性体等化工产品的主要原料[1]，在化工生产中有着广泛的应用与研究。 乙苯脱氢制苯乙烯工艺是目前国内外生产苯乙烯的主要工艺，在全球苯乙烯生产能力中，该方法生产的苯乙烯量占到了90%[2]。该生产工艺主要是利用下面的反应式进行反应。 该反应是一个可逆的强吸热反应，平衡常数会随着反应器操作温度的升高而逐渐增大，平衡产率会随着反应器操作压力的降低而逐渐升高。因此，从热力学角度分析，提高反应温度，采用低压，使用新型的催化剂能够有效的提高原料的转化率。 本生产工艺主要是利用反应器、换热器、精馏塔等装置对苯乙烯的生产和精馏工艺进行简单的模拟。 2. 工艺流程 2.1 工艺流程 图2-1 工艺流程图 本项目的模拟数据主要来源于文献[3]，主要包括脱氢工序和苯乙烯精馏工序。原料乙苯进入脱氢工序在600℃，140kPa的条件下发生如下脱氢反应和副反应： 图2-2 反应方程式 图2-3 乙苯脱氢工艺流程图 进料乙苯（25℃，3bar，16400kg/h）进入加热器E0101中被加热至600℃。工业水（25℃，3bar，7735kg/h）进入加热器E0102中被加热至600℃。两股被加热后的物流进入反应器R0101中，在600℃，140kPa的条件下发生如下脱氢反应和副反应，具体的反应式见图2-2所示。文献中乙苯为转化率为40%~47%，苯乙烯的选择性为94%~96%。因此本工艺在模拟过程中主反应对应的转化率为45%，其余两个副反应的转化率为9%。反应的粗产品首先进入冷却器中冷却至50℃，然后进入闪蒸器（30℃，1bar）中脱去粗产品产生的乙烯、甲烷等轻组分，同时脱除产品中的水，便于后续的产品提纯。闪蒸器底部的流股由泵加压至2.0bar后输送至精馏塔T0101中，从塔顶出去除副产物苯，塔底重组分进入精馏塔T0102中，从塔底得到纯度为99.9%的苯乙烯产品。精馏塔的具体操作参数根据简捷计算和严格计算进行确定。 表2-1原料规格及进料流量 规格 流量 乙苯 100% 乙苯 16400kg/h 工艺水 100%水 7735kg/h 表2-2 产品方案 序号 产品 产品规格 产量 备注 1 苯乙烯 优等品 5.7万吨/年 主产品 2.2 产品规格 苯乙烯合成工艺流程装置向外输出的最终产品苯乙烯，满足国家标准GB/T12688.2-90。 表2-3 产品规格 项目 质量指标 优等品 合格品 苯乙烯 ，w/% ≥ 99.6 99.0 色度/Hazen单位（铂-钴色号)≤ 10 30 硫分，mg/mg≤ 30 30 3.模拟过程 3.1 物性组分输入 图3-1 组分的输入 3.2 物性方法的选择 NRTL方程在化工过程中各种流体的热力学数据的关联和热力学性质计算、相平衡预测中得到了出色的应用。它具有适用体系广、拟合精度高的优点，尤其是它可同时用于液相互溶和不互溶的情况,并可以只用二元的参数表达多元系。因此，本项目选用该物性方程进行流股参数的计算。 图3-2 物性方法的选择 3.3 单元模块的选择 表3-1 模块的选择 设备 ASPEN模块 选择原因 加热器 Heater 仅用于加热流股的温度 脱氢反应器 RStoic 已知各反应计量数及转化率 闪蒸器 FLASH2 仅用于气-液两相分离 泵 Pump 用于对流股的加压和输送 产品精馏塔 Dustwu/RadFrac 简捷计算模块获取精馏塔参数的初值，再用严格计算模块进行计算优化 图3-3 模块连接图 3.4 各模块的参数设置 原料乙苯在25℃，3bar，16400kg/h的条件下进料，其对应的参数设置如下图所示。 图3-4 乙苯进料的参数设置 乙苯原料进入加热器E0101，由加热器加热至反应温度600℃。 图3-5 加热器E0101的参数设置 工业水在25℃，3bar，7735kg/h的条件下进料，主要是对反应浓度进行调节其对应的参数设置如下图所示。 图3-6 工业水进料的参数设置 工业水进入加热器E0102，由加热器加热至反应温度600℃。 图3-7 加热器E0102的参数设置 加热后的物流进入反应器R0101中，在600℃，140kPa的条件下发生如下脱氢反应和副反应，具体的参数设置见图3-8所示。 图3-8 反应器的参数设置 反应器出口的粗产品进入冷却器中进行冷却至50℃。 图3-9 冷却器的参数设置 冷却后的粗产品进入闪蒸器中将汽液两相进行分离。 图3-10 闪蒸器的参数设置 闪蒸器底部的流股