《化工过程数学模型与计算机模拟》课程案例研究课件

《化工过程数学模型与计算机模拟》课程

案例研究

甲苯加氢脱烷基制苯生成过程的概念设计化工所 潘朝群 博士 赵小曦 博士《化工过程数学模型与计算机模拟》课程

案例研究

甲苯加氢脱烷1目录第一部分 概述及概念设计第一章 第0级层次决策：输入信息第二章 第1级层次决策：间歇对连续第三章 第2级层次决策：输入－输出结构第四章 第3级层次决策：流程的循环结构第五章 第四层次的决策：分离系统

第二部分 过程输出文件

一. 过程总的输入文件总结二. 流程图中各模块的操作参数模拟结果三. 流程图中各物流的组成模拟目录第一部分 概述及概念设计2第0级层次：输入信息反应：反应条件：反应器进口的温度=1150℉，而且反应器的压力=500psia。选择性：每摩尔转化的甲苯生成苯的摩尔数S＝0.97。转化率：x＝0.7。 产量=265mol/h的苯。原料：室温条件下的纯苯；100℉和550psia下的95%的H2和5%的CH4。制约条件：在反应器进口处H2/芳烃=5（以防结焦）；反应器出口温度<1300℉（以防加氢裂解）；反应器出料骤冷到1150℉（以防结焦）第0级层次：输入信息反应：3第二章1级层次决策：间歇对连续

选择一个连续的过程。第二章1级层次决策：间歇对连续

选择一个连续的过程。4第

2级层次决策：输入-输出的结构

表3－2 各组分的去向组分正常沸点℉去向H2—423气体循环和放空CH4—259气体循环和放空苯776.2主要产品甲苯231.1循环联苯496.4副产品第2级层次决策：输入-输出的结构

表3－2 各组分的去向5第3层次的决策：流程的循环结构

反应器分离系统甲苯进料H2进料放空联苯苯PBFT（1-x）FT（1-x）FTFFT第3层次的决策：流程的循环结构

甲苯进料H2进料放空联苯苯6第五章 第4层次的决策：分离系统

利用ASPEN软件模拟在100OF和465psia的条件下，闪蒸罐的出料的分布情况，算出离开闪蒸罐的蒸汽和液体的流量分布情况物流 气相进料物流9 气相出料物流15 液相出料物流10 总的摩尔流量kmol/h 4.154648 3.758506 0.391642 H2的摩尔流量kmol/h 1.539709 1.538267 0.00144 CH4摩尔流量kmol/h 2.198708 2.183626 0.0151 苯的摩尔流量kmol/h 0.325816 0.0333 0.292523 甲苯摩尔流量kmol/h 0.009 0.003320.0867 联苯摩尔流量kmol/h 4.28×10－4 2.20×10－8 4.28×10－4

从以上结果可看出，在闪蒸罐内气相和液相得到了合理的分割，无需采用冷冻过程第五章 第4层次的决策：分离系统

利用ASPEN软件模拟在7分离系统工艺流程图

放空的H2＋CH4蒸

汽

回

收系

统反

应

器系

统冷却系统相

分离

器液

体

分

离系

统循环甲苯苯＋甲苯蒸汽苯联苯H2蒸汽苯分离系统工艺流程图

放空的H2＋CH4蒸汽回收系统反8蒸汽回收系统表5-2 放空物流中各组份的分布情况组份 H2 CH4 苯 甲苯 总的物流

摩尔流量kmol/h 0.1968980.2795040.004260.0004250.481089 苯和甲苯的损耗量为：放空的苯量＝4.26mol/h放空的甲苯量＝0.425mol/h损失的苯和甲苯的量在可接受的范围内，所以暂时接受放空损失。蒸汽回收系统9甲苯加氢脱烷基生成苯的工艺流程图甲苯加氢脱烷基生成苯的工艺流程图10液相分离的塔序分离苯、甲苯和联苯时，采用正次序，先分离苯，再分离甲苯、联苯液相分离的塔序分离苯、甲苯和联苯时，采用正次序，先分离苯，再11稳定塔塔的压力为150psia R＝1.033 STAGES＝25 FEEDSTAGE＝12板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高度为H＝2×25+15＝65塔横截面积A＝2.214×10－4[M×(Tb+460)]0.5V按照塔的底部来设计，即苯回流，M＝78，Tb＝400，V＝L＋D＝（R＋1）D＝（1.033＋1）×13.6塔的截面积A＝2.214×10－4×[78×(400+460)]0.5×（1.033＋1）×13.6＝1.5854ft2塔的直径为：D＝1.42ft稳定塔塔的压力为150psia R＝1.03312苯塔R＝1.11 STAGES＝55 FEEDSTAGE＝27CONDENSERDUTY＝20,229REBOILERDUTY=10,478板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高度为H＝2×22+15＝125塔的截面积为：A＝2.214×10－4×[92×(231+460)]0.5×(1.11+1)×267.81＝22.55ft2塔的直径为：D＝5.40ft年度费用＝792/280×101.9×1251.066×5.400.802×3.18/3＝86，337$/a苯塔R＝1.11 STAGES＝55 FEEDSTAGE13甲苯塔R＝0.05，STAGES＝22，FEEDSTAGE＝11板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高度为H＝2×22+15＝59塔的截面积为：A＝2.214×10－4×[154×(492+460)]0.5×83.7＝8.2ft2塔的直径为：D＝3.23ft年度费用＝792/280×101.9×3.231.066×600.802×3.18/3＝28，454$/a取冷却水的平均温升为125OF，则冷凝器的换热面积＝115ft2冷凝器的年度费用＝792/280×101.9×1150.65×3.29/3＝6896$/a冷凝水的年度费