Aspen plus甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯模拟工艺设计.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： 甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯（题目） 工业背景 苯乙烯是一种简单芳烧，是有机化工重要产品之一，是重要的基本有机原料，是苯最大用量的衍生物。苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、ABS树脂和SAN树脂、也可用于制取丁苯橡胶（SBR）、不饱和聚酯树脂、离子交换树脂、合成树脂涂料及绝缘体等材料。这些材料在汽车制造、家电用器、纺织、建材、轻工、玩具等工业部门都有重要的用途。此外，苯乙烯也是生产涂料、染料、合成医药的重要原料[1]。 目前，世界上生产苯乙烯的方法主要有乙苯氧化脱氢法、乙苯催化脱氢法、苯乙烯/环氧丙烷联产法（间接氧化法）、甲苯甲醇侧链烷基化法等。其中，乙苯催化脱氢法占苯乙烯产量的90%，苯乙烯/环氧丙烷联产法约占生产量的10%。但乙苯脱氢法工艺流程长，副反应多，为强吸热反应，能耗很高[2]。 本设计以年产49.1万吨苯乙烯为生产目标，选取副反应少、转化率和选择性高、生产成本低、不污染环境的甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯的方法，利用Aspen Plus化工流程软件完成了对整个工艺流程的模拟。  2. 工艺流程 2.1 工艺流程 甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯的Aspen流程如图2-1所示，苯乙烯产量49.1万吨/年(年开工周期为8000h)，其流程描述及主要工艺条件如下。 图2-1 甲苯甲醇侧链烷基化制苯乙烯的Aspen流程 ①甲苯和甲醇从常温常压(25C，latm)下分别被加压加热成490kPa下的饱和蒸气，后续单元回收的甲醇与甲苯也被加压加热为490kPa下的饱和蒸气，然后混合进入加热炉。 ②混合进料进入加热炉被加热成过热蒸气(温度495°C)， 加热炉压降为60kPa。 ③过热蒸气进人转化率反应器进行如下反应(甲苯与甲醇等摩尔进人反应器): 主反应C7H8+CH3OH→C8H8+ H2O+ H2 副反应C7H8+CH3OH→C8H10+ H2O 反应器绝热操作，压降70kPa，以甲苯为基准的苯乙烯摩尔转化率为0.6，乙苯摩尔转化率为0.15。 ④离开反应器的物流被冷却到35℃形成气相、有机相和水相，进入分相器分离。离开分相器的气相主要为氢气，有机相主要包括甲苯、乙苯和苯乙烯，送入甲苯回收塔分离回收甲苯，水相主要包括水和甲醇，送入甲醇回收塔分离回收甲醇。 ⑤甲醇回收塔的进料为145kPa下的饱和液体，塔顶为甲醇，循环利用，塔底为废水。甲醇回收塔理论板数37块，进料位置13，摩尔回流比初值为5(根据产品要求决定)，塔顶压力为135kPa，再沸器压力为180kPa，冷凝器压降为10kPa，再沸器压降为10kPa，塔顶水的摩尔分数小于0.001，塔底甲醇的质量分数小于60ppm。 ⑥甲苯回收塔的进料为80kPa下的饱和液体，塔顶为甲苯以及少量的甲醇，循环利用;塔底为乙苯和苯乙烯的混合物，随后进人苯乙烯精馏塔。甲苯回收塔理论板数32块，进料位置7，摩尔回流比初值为4(根据产品要求决定)，塔顶压力为75kPa，再沸器压力为100kPa,冷凝器压降为5kPa,再沸器压降为10kPa,塔顶乙苯质量分数小于0.035，塔底甲苯摩尔分数小于0. 0001。 表2-1原料规格及进料流量 规格 流量 甲醇 100% 540kmol/h 甲苯 100% 540kmol/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 49.1万吨/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 PSRK适用于含轻气体的非极性和极性组分的混合物，可以应用至高温高压条件下，因此本文选择PSRK作为物性方法进行计算。 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 反应器 RStoic 已知各反应计量数及转化率 闪蒸器 FLASH3 用于气-液-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 混合器 Mixer 用于进行流股的混合 阀门 Value 用于流股的节流 3.4 各模块的参数设置 ①甲苯和甲醇从常温常压(25C，latm)下分别被加压加热成490kPa下的饱和蒸气，后续单元回收