【《轻烃芳构化生产二甲苯的工艺流程及物料衡算和热量衡算案例》2800字】

轻烃芳构化生产二甲苯的工艺流程及物料衡算和热量衡算案例目录TOC\o"1-3"\h\u19765轻烃芳构化生产二甲苯的工艺流程及物料衡算和热量衡算案例 1179721生产工艺流程 187521.1C5馏分加氢工段 398581.2芳构化反应工段 3187381.3吸收稳定工段 4104641.4芳烃分离工段 4282982物料衡算及热量衡算 5316432.1物料衡算 5219302.1.1二甲苯精馏塔 5126532.1.2C5馏分加氢反应器 8223382.1.3吸收稳定工段出料降温换热器 1055312.2能量衡算 12310922.2.1二甲苯精馏塔 1297072.2.2C5馏分加氢反应器 13149662.2.3吸收稳定工段出口降温换热器 131生产工艺流程本设计选用轻烃芳构化生产二甲苯的工艺流程，对Nano-forming低碳烃芳构化工艺进行改进，最后得到总工艺流程为C5馏分中的粗正戊烷在催化剂Ni-Mo/Al2O3作用下加氢得到轻烃，再和甲醇芳构化（放热）耦合制取芳烃，最后从芳烃中分离出二甲苯。整个工艺流程分C5馏分加氢工段，芳构化反应工段、吸收稳定系统工段、芳烃分离工段四个工段。二甲苯工艺流程图见图1。图1二甲苯工艺流程图1.1C5馏分加氢工段C5馏分加氢工段的主要任务C5馏分中的粗正戊烷进行预处理为后续反应做准备。正戊烷提纯工段主要包括二段加氢单元，高纯正戊烷精制单元。二段加氢单元：来自C5馏分经加压后进入反应器在催化剂间进行二段催化加氢，二段加氢反应器均为绝热反应器，输入流股温度为150℃，压力位3100kPa，产出主要为正丁烷、正戊烷、异戊烷和氢气的混合气。高纯正戊烷精制单元：由反应器（R0101）和反应器（R0102）来的反应产物粗正戊烷先经过气液分离器（V0101）利用氢气与碳四碳五烷烃的沸点差异将多余的氢气通过循环流股返回氢气输入流股进行循环使用，其余分离出来的正丁烷、正戊烷、异戊烷则进入气液分离器（V0102）进一步进行分离。分离出的正戊烷与异戊烷混合物进入脱正丁烷精馏塔（T0101）分离出残余的正丁烷，随后流股进入脱异戊烷精馏塔（T0102）得到较纯的正戊烷流股进入下一工段。C5馏分加氢工段流程图见图2。图2抽余C5加氢工段1.2芳构化反应工段芳构化反应工段的主要任务是利用来自C5馏分加氢工段的粗正戊烷和提供的甲醇在反应器中进行耦合芳构化反应生成二甲苯。来自上一工段的粗正戊烷首先通过换热器（E0201），换热后进入储罐（V0201）与从储罐（V0202）出来的甲醇分别加压后通过混合器（B0201）混合经过一系列换热进入平推流芳构化反应器（R0201）与化学计量芳构化反应器（R0202），反应所的流股经过一系列换热循环及压力处理进入下一工段进行进一步的提纯。芳构化反应工段流程图见图3。图3芳构化反应工段1.3吸收稳定工段吸收稳定系统工段的主要任务是为了二甲苯集中在稳定塔的塔底采出。来自芳构化反应工段的反应产物进入吸收稳定工段，依次进入吸收塔（T0301）、解析塔（T0302）、稳定塔（T0303），提纯反应工段的产物，提高产品质量，随后进入产品分离工段。吸收稳定工段流程图见图4。图4吸收稳定工段1.4芳烃分离工段通过吸收稳定工段的产品流股从稳定塔（T0303）塔底流出进入分离工段的甲苯精馏塔（T0401），通过甲苯与二甲苯的沸点不同进行分离，由塔顶分离出符合产品要求的甲苯，剩余的流股进入分离工段的二甲苯精馏塔（T0402）分离出符合产品要求的二甲苯。芳烃分离工段流程图见图5。图5芳烃分离工段2物料衡算及热量衡算2.1物料衡算工艺设计中，物料衡算根据原料与产品之间的转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成。系统的物料衡算以质量守恒为理论基础，研究某一系统内进出物料量及组成的变化。稳定状态过程时，可以简化为：输入=输出-生成+消耗对不稳定过程，又可表示为：输入=输出2.1.1二甲苯精馏塔在Aspen内，输入进料组成后运行流程模拟，二甲苯精馏塔（T0402）进口物料组成见图6。图6二甲苯精馏塔（T0402）进口物料组成流程模拟运行通过后，二甲苯精馏塔（T0402）的物料衡算结果见表2。表2二甲苯精馏塔（T0402）的物料衡算表项目进料塔顶出口塔底出口相态液相液相液相温度（℃）160.92150.42205.00压力（kpa）600131.325191.325体积流量（cum/hr）11.3710.450.80质量流量（kg/hr）8346.467767.431579.02N-C4H100001-C5H10000C-C5H10000T-C5H100002-M-1-B0002-M-2-B000I-C5H12000N-C5H120001,4-C5H8000H2000C1000H2O000C2H4000C2H6000C3H6000C3H8000C4H8000I-C4H10000C6H6000C6H12000C6H14000C7H80.040.040C7H16000C8H107046.617045.960.65C8H18000CO000CO2000CH3OH000C9H121070.30720.66349.63C10H14229.510.76228.75TOTAL11209.9411209.942.1.2C5馏分加氢反应器在Aspen内，输入进料组成后运行流程模拟，芳构化反应器（R0101）进口物料组成见图7。图7C5馏分加氢反应器（R0101）进口物料组成流程模拟运行通过后，C5馏分加氢反应器（R0101）的物料衡算结果见表3。表3C5馏分加氢反应器（R0101）物料衡算表项目进料出料相态汽相汽相温度（℃）150186.68压力（kpa）31003100体积流量（cum/hr）4452.064782.98质量流量（kg/hr）26828.6326828.67N-C4H1066.54366.541-C5H101539.5320.10C-C5H10482.80482.80T-C5H10980.72980.722-M-1-B2724.652724.652-M-2-B542.80542.80I-C5H125029.545029.54N-C5H127478.209808.011,4-C5H8722.820H27258.017171.49C100H2O00C2H400C2H600C3H600C3H800C4H800I-C4H1000C6H600C6H1200C6H1400C7H800C7H1600C8H1000C8H1800CO00CO200CH3OH00C9H1200C10H14002.1.3吸收稳定工段出料降温换热器在Aspen内，输入进料组成后运行流程模拟，吸收稳定工段出料降温换热器（E0304）进口物料组成见图8。图8吸收稳定工段出料降温换热器（E0304）进口物料组成流程模拟运行通过后，吸收稳定工段出料降温换热器（E0304）的物料衡算结果见表4。表4吸收稳定工段出料降温换热器（E0304）的物料衡算表项目进料出料相态温度（℃）49.9640压力（kpa）2831.322831.32体积流量（cum/hr）612.45590.31质量流量（kg/hr）19858.3619858.36N-C4H10001-C5H100.890.89C-C5H1000T-C5H10002-M-1-B002-M-2-B00I-C5H1200N-C5H12212.95212.951,4-C5H800H2972.45972.45C1634.22634.22H2O301.99301.99C2H400C2H62537.512537.51C3H600C3H8770.10770.10C4H800I-C4H10966.83966.83C6H6704.83704.83C6H1200C6H1400C7H84557.164557.16C7H1600C8H106830.146830.14C8H1800CO27.8927.89CO251.3351.33CH3OH00C9H121060.201060.20C10H14228.83228.832.2能量衡算在全工艺段中随着物料从一个体系或单元进入另一个体系或单元，在发生质量传递的同时也伴随着能量的消耗、释放和转化。其中的能量的变换数量关系可以从能量衡算求得。其中能量衡算一个主要依据是热量平衡方程：其中，——表示输入设备热量的总和；——表示输出设备热量的总和；——表示损失热量的总和。对于连续系统：其中，——设备的热负荷；——输入系统的机械能；——离开设备的各物料焓之和；——进入设备的各物料焓之和。2.2.1二甲苯精馏塔在Aspen内，输入图6所示参数并运行，流程模拟运行通过后，二甲苯精馏塔（T0402）的能量衡算结果见表5。表5二甲苯精馏塔（T0402）焓变计算表项目进出流股041104190421相态液相液相液相温度（℃）160.921150.425205.001压力（kpa）60013131913焓流量（kw）-35.7525-32.042-36.9434摩尔流量（kmol/hr）76.987872.36854.61927质量流量（kg/hr）8346.467767.43579.03体积流量（cum/hr）11.374910.45190.809432.2.2C5馏分加氢反应器在Aspen内，输入图7所示参数并运行，流程模拟运行通过后，C5馏分加氢反应器（R0101）的能量衡算结果见表6。表6C5馏分加氢反应器（R0101）焓变计算表项目进出流股01050106相态汽相汽相温度（℃）150186.683压力（kpa）3131焓流量（kw）-2786.78-2786.78摩尔流量（kmol/hr）3874.983832.06质量流量（kg/hr）26828.626828.7体积流量（cum/hr）4452.074782.982.2.3吸收稳定工段出口降温换热器在Aspen内，输入图8