【一万吨年产量的乙苯脱氢法制苯乙烯的物料、热量衡算计算过程案例6500字】

一万吨年产量的乙苯脱氢法制苯乙烯的物料、热量衡算计算过程案例 1 1 的存在，因此单纯选择状态方程法不能满足精度要求程模拟计算本文流程所包括的单元主要包括：反应器、蒸汽过热炉、精馏塔、换热器、混合器。反应器模块：根据各反应器模型特点和主要目标，选择RStoic模型模拟苯乙烯反应过程，其用于模拟化学平衡数据和动力学数据未知或不重要的反应器。在进行计算时，需要规定反应器的操作条件，规定涉及的反应化学计量系数，并指定反应的转化率或产品流塔器模块选择：过程模拟包括的塔设备较多，主要为精馏塔。RadFrac模型不仅可以用于对精馏塔的模拟，还可以处理其他分离模型。RadFrac模型可以处理多种物系系统，换热模块选择：本模拟使用Heater和HeatX单元模块对蒸汽过热炉和换热器进行模拟。其可处理大部分双物流，并可根据实际模拟需要分别提供简捷和严格计算两种计算方本工作采用AspenPlus软件建立了乙苯脱氢制苯乙烯工艺的流程模拟，如图3.1所示中个个根据以上模拟流程图绘制的脱氢工段物料衡算框图如下：V1-L1-中中扫公图3.2乙苯脱氢制苯乙烯脱氢工段物料衡算框图1.设备：预混器M-101定开工时间8000h,苯乙烯年产量是1万吨，工业乙苯原料纯度>99.0%余者为苯，且循环比=循环乙苯量/新鲜乙苯量=0.6。通过Aspen计算，为保证苯乙烯收率大于99.95%,苯乙烯产量：10000000/8000=1250kg/h所需乙苯用量：1250/(0.91*0.62)=2215.526kg/h初始模拟进料全部使用工业乙苯原料，进料为2215.526kg/h,模拟出脱乙苯塔中乙苯出料量719.397kg/h,根据AspenPlus模拟，当程序收敛时，所使用的工业乙苯原料为1509kg/h,循环乙苯量为719.397kg/h。因此预混器中<1>输入新鲜乙苯1509kg/h,<2>输入循环乙苯量719.397kg/h。模拟过程所输入的主要参数：其余为甲苯Z0▶00000Q0000000000000000000物质名称ETHYL-01(乙苯)STYRE-01(苯乙烯)0H2(氢气)000BENZE-01(苯)TOLUE-01(甲苯)0H2O(水)000NAPHT-01(萘)000NAPHT-02(2-甲基荼)000CO2(二氧化碳)000METHA-01(甲烷)000ETHAN-01(乙烷)000CARBO-01(一氧化碳)000代表焦油，在混合器M-102添加焦油二氧化碳进料为14.117kg/h,进料量是根据焦油以及二氧化碳的选择性为1%,乙苯转化率为62%,苯乙烯年产量10000吨规定烃气比为1:15(摩尔比)混合混合器▶00▶00▶000000▶0▶00▶0000▶00▶00000000▶0000000000000000000000000000000000003.设备：第一段脱氢反应器R-101已知第一段绝热式反应器乙苯的转化率是42%,乙苯的总体转化率是62%(1)主反应C₆H₅C₂H₅→C₆H₅C₂H₃+H₂乙苯转化率：0.42*0.91=0.38(2)副反应C₆H₅CH₂CH₃+H₂→C₆H₅CH₃+CH₄乙苯转化率：0.42*0.04=0.168C₆H₅CH₂CH₃+H₂→C₆H₆+C₂H₆乙苯转化率：0.42*0.03=0.0126CH₄+H₂O→CO+3H₂甲烷转化率：0.25CO+H₂O→H₂+CO₂一氧化碳转化率：1(根据一氧化碳选择性1%等假定转化率为1)将以上各反应的转化率输入，进行模拟00000000004.设备：第二段脱氢反应器R-102(1)主反应(2)副反应化率为1)乙苯转化率：((0.62-0.42)*0.91)/(1-0.42)=0.32乙苯转化率：((0.62-0.42)*0.04)/(1-0.42)=0.014乙苯转化率：((0.62-0.42)*0.03)/(1-0.42)=0.011甲烷转化率：0.25一氧化碳转化率：1(根据一氧化碳选择性1%等假定转混合器原料预热器图3.9第二段脱氢反应器物料衡算框图0图3.10第二段脱氢反应器物料衡算模拟结果表3.4第二段脱氢反应器R-102物料衡算表05.设备：过热气体降温器M-103反应气与20℃的循环水或混合进行降温模拟过程所输入的主要参数：<19>→温度：20℃、压力：1bar、水的摩尔流量：100kmol/h过过热气体降温器00000000000000000000006.设备：气液分离器SEP1冷却后的混合物在气液分离罐中进行气液分离，得到的气体直接燃烧，液体则进入分相器进行进一步分离模拟过程所输入的主要参数<22>→H₂2、CO₂、CH₄、C₂H₆、CO的分离分率设置为0气液分离器000000000000000000000000馏塔的进料<24>→H₂O分离分率设置为0分分相器气液分离器00000000000000000000000000000000000000000000(二)精制工段图3.17乙苯脱氢制苯乙烯精制工段模拟流程图根据以上模拟流程图绘制精制工段物料衡算框图如下：苯/甲苯塔脱乙苯塔泵图3.18乙苯脱氢制苯乙烯精制工段物料衡算框图1.设备：脱乙苯塔T-201经过DSTWU模块进行简捷计算，确定RADFRAC模块的回流比为11、塔板数为87,进料板位置为第46块塔板，设定塔釜流量为1264.5kg/h,塔顶压力0.3866bar等参数，然后表3.8脱乙苯塔T-201物料衡算表率质量流量质量流量(kg/h)质量流量(kg/h)0000000000000000000000000000000000002.设备：乙苯回收塔T-202经过DSTWU模块进行简捷计算，确定RADFRAC模块的回流比为3.5、塔板数28,进料板位置为第17块塔板，塔顶压力1bar,塔釜流量720kg/h,然后进行模拟运行乙乙苯回收塔00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003.设备：苯/甲苯精馏塔T-203板为第12块塔板，D/F=0.567,然苯苯/甲苯塔乙苯回收塔图3.23苯/乙苯塔物料衡算框图000000000000000000000000000000000000000000000000图3.24苯/甲苯塔物料衡算模拟结果表3.12苯/甲苯精馏塔T-203物料衡算表质量流量(kg/h)0000000000000000000000000000000000000000000000004.设备：苯乙烯精制塔T-204经过DSTWU模块进行简捷计算，确定RADFRAC模块的回流比为1、塔板数为18,进料位置为第12块塔板，控制塔顶收率为1250kg/h,然后进行模拟运行苯苯乙烯精制塔苯/甲苯塔乙苯回收塔脱乙苯塔泵0000000000Q000000000000000000000000000000000表3.14苯乙烯精制塔T-204物料衡算表质量流量(kg/h)00000000000000000000000000000000000000000000由最后模拟结果可知，苯乙烯摩尔分率99.95%,产量1250kg/h,达到任务书要求000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000(续表)00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000(一)脱氢工段1.设备：乙苯蒸发器E-101新鲜乙苯与混合乙苯混合后进入乙苯蒸发器，经换热后变成150℃的乙苯蒸汽。模拟过程所输入的主要参数：温度：150℃、压力1bar1Cr性质Temperature(温度)CPressure(压力)11MolarEnthalpy(摩尔焓)MassEnthalpy(质量焓)MolarEntropy(摩尔熵)MassEntropy(质量熵)MolarDensity(摩尔密度)MassDensity(质量密度)EnthalpyFlow(焓流)AverageMW(平均摩尔质由aspen运行模拟可得Calculatedheatduty(计算热负荷)为315.279KW。2.设备：原料预热器E-102乙苯蒸汽进入原料预热器与反应产物经换热后被预热到430℃模拟过程所输入的主要参数：冷物流出口温度：430℃ 性质C11性质C经过aspen模拟计算得第二段反应器R-102的热负荷是-100.09KW。6.设备：第二段废热锅炉E-104反应的生成气要经过三段废热锅炉进行降温，同时回收热量模拟过程所输入的主要参数：热物流出口温度：400℃11ExchangerDetailsPresCC11性质C经过aspen模拟计算得第二段废热锅炉E-104的热负荷是544.955KW。7.设备：第三段废热锅炉E-105经过三段废热锅炉降温后的反应器为120℃。同时，三段冷却器回收的热量可以分别用于预热循环乙苯原料、产生蒸汽等模拟过程所输入的主要参数：热物流出口温度：120℃SummaryBalanceExCalculationModelSh1101CC1C C性质C经过aspen模拟计算得第三段废热锅炉E-105的热负荷是1239.19KW换热后的反应气送至气液混合器与20℃的循环水混合，使反应器迅速降温冷凝。得到的气液混合物经过冷却器被冷却到60℃。模拟过程所输入的主要参数：温度：60℃、压力：1barPressure-dropcorrelationC10表3.23冷却器E-106物流相关物性参数性质C经过aspen模拟计算得冷却器E-106的热负荷是-3780.9KW9.设备：气液分离器SEP1冷却后的气液混合物在气液分离器中进行气液分离，得到的气体直接燃烧，液体则进入分相器进行进一步分离。Substream-001000001111性质C经过aspen模拟计算得气液分离器SEP1的热负荷是-38.1526KW液体进入分相器进行进一步分离。分离后，水层可以作为循环水，而油层进入脱110110110000性质C经过aspen模拟计算得分相器SEP2的热负荷是-296.192KW(二)精制工段1.设备：脱乙苯塔T-201脱氢液进入乙苯/苯乙烯精馏塔CReboiler/BottomstageperfoC表3.26脱乙苯塔塔T-201性质C经aspen模拟计算得脱乙苯塔T-201塔顶的热负荷是1708.51KW,塔釜热负荷是2.设备：乙苯回收塔T-202 Condenser/TopstageperfoCReboiler/BottomstageperfoC性质温度C11经aspen模拟计算得脱乙苯塔T-202塔顶的热负荷是-101.9KW,塔釜热负荷是3.设备：苯/甲苯精馏塔T-203