畢業設計---20萬噸年乙苯脫氫制苯乙烯裝置工藝設計-資料下載頁

【導讀】苯乙烯是最重要的基本有機化工原料之一。本文介紹了國內外苯乙烯的現狀及。根據設計任務書的要求對整個。穩態模擬計算并繪制了帶控制點的工藝流程圖。果對整個工藝流程進行了模擬優化，并確定了整套裝置的主要工藝尺寸。際設計中的大量費用，對現有工藝進行改進及最優綜合具有重要的實際意義。

　　

【正文】 在反應溫度 570～ 640℃、水烴摩爾 比為 16~20 條件下，采用冪數型動力學方程式，建立如下 苯乙烯、苯和甲苯的生成速率方程： (8 7 3 ) 1 2 5 /H K k J m o l??( 8 7 3 ) 1 0 2 /H K k J m o l? ? ?(8 7 3 ) 6 4 .4 /H K k J m o l??1 e s h p61be n 2 e62tol 3 e h3= ( p p p /K )= 4. 60 10 e xp ( 133 .2/RT )r =k p=1 .36 10 e xp ( 156 .7/RT )r =k p p=3 .04 10 e xp ( /R T )s tyrkkkk???遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 24 式中， rsty， rben， rtol為苯乙烯、苯、甲苯的生成速率， mol/(m179。 s)； P s， Pe， P h 為苯乙烯、乙苯和氫氣的分壓， MPa； k1 ， k2 ， k3，為生成苯乙烯、苯、甲苯的反應速率常數， mol／ (m s MPa)。 乙苯脫氫主反應平衡 常數為： Kp 為主反應的化學平衡常數 ， T 為溫度， K。 反應部分操作參數和關鍵控制 根據已經選定的狀態方程、模塊 選擇 及動力學方程，在 Aspen Plus 原件上進行反映部分的模擬優化。 反應部分模擬流程如圖所示： 圖 2 2 反應部分模擬圖 根據經驗， 反應器的直徑保持不變為 6m，其長度從 8m 變化到 14m，且其他變量保持一致。 反應器出料中的主要幾種有機成分 的流量的模擬結果如下 ： 1l n = 1 9 . 6 6 8 4 1 5 3 7 0 .8 0 .5 2 2 9 9 l npKTT遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 25 表 2 13 反應器尺 寸控制 kmol/h 反應器長度（ m） 8 10 12 14 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 為保 證 ，故選擇反應器長度為 12m。 經比較，確定反應器的尺寸為直徑 6m，長度 12m，且三個反應器尺寸相同。 通過 模擬確定 反應器出口物料溫度為 ℃，經 換熱器 換熱 產品溫度 降至 為125℃ ，然后通過氣液分離裝置在 常溫常壓 下進行分離 。 新建文件，對乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程中的反應部分進行全流程模擬。 從“開始”菜單中的“ 所有 程序 /AspenTech/ Process Modeling /Aspen Plus User Interface”啟動 Aspen Plus 的用戶界面程序。 選用物性計算方法和模型 （ Property Methods amp。 Models）， 根據過程類型和擬用的單位制選用 Simulations 為最常用的“ Chemicals with Metric Units”， 過程仿真Run Type 選 用 “ Flowsheet”。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 26 設定全局特性 輸入化學組分信息 根據反應動力學，對整個反應過程進行簡化，并輸入化學組分為乙苯、苯乙烯、甲苯、苯、蒸氣、乙烯、甲烷和氫氣。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 27 選用物性計算方法和模型 為“ NRTL”。 輸入進料流股信息 乙苯 ，蒸氣 ，總計 。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 28 根據設計要求， 輸入 主要 單元模塊參數 ，并得到模擬結果。 換熱器 單元模塊參數：逆 流，簡捷設計計算，熱物流出口溫度 125℃。 模擬結果 換熱器概況：熱負荷為 。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 29 換熱器詳情 ： 換熱器面積 (Required exchanger area) ： ㎡ 結垢 (Dirty)條件下的平均傳熱系數 (Avg. heat transfer coefficient)：㎡ K 校正后的對數平均溫差 (LMTD corrected)： ℃ 換熱器分區 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 30 反應器 單元模塊參數：化學動力學平推流絕熱反應器，長 12m，直 徑 6m。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 31 第一反應器概況 第二反應器概況 第三反應器概況 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 32 第一反應器過程流股參數 第二反應器過程流股參數 第三反應器過程流股參數 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 33 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 34 精餾部分操作參數 精餾部分模擬流程如 圖所示： 圖 2 3 精餾部分模擬圖 精餾部分模擬共分為兩塊，分別是簡捷法 DSTWU 初步模擬和 RaFrac 模塊詳細模擬。 首先使用簡捷法，利用 DSTWU 模塊，通過已知的物料關系進行模擬，根據計算機模擬的結果，通過生成 “ 回流比 — 理論板 數關系表 ” 決定適宜的理論塔板數與回流比。 之后，利用初步模擬的結果，通過 RadFrac 模塊進行詳細模擬，確定分離部分各個塔設備的進料板、塔頂壓力、塔頂冷凝器類型等工藝參數，并對各個精餾塔的結構進行設計與核算。 完成上述兩步后，利用過程模擬軟件 Aspen Plus 特有的靈敏度分析工具對各個精餾塔 進料板位置與其所在精餾塔塔頂輕關鍵組分 摩爾分率的關系進行靈敏度分析，以幫助我們確定合理的進料板位置。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 35 以 乙苯 — 苯乙烯精餾塔 為例，利用 Aspen Plus 過程模擬軟件設計精餾塔。 確定 DSTWU 模型參數：回流比為最 小回流比的 ，塔頂冷凝器壓力 ，塔底再沸器壓力 ，塔頂 輕關鍵組分為乙苯（ %， mol%），塔底重關鍵組分為苯乙烯（ %， mol%）。 精餾塔概況 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 36 回流比 — 理論板數關系表 ：確定回流比為 ，塔板數為 78 塊 RadFrac 模塊下，確定模型參數：塔板數為 78 塊，塔頂全回流，塔頂流率為，回流比 。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 37 進料板為第 34 塊塔板 塔頂壓力 。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 38 精餾塔概況 精餾塔結構設計：浮閥塔，板間距為 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 39 精餾塔結構設計結果 精餾 塔結構核算 核算范圍：第 2 塊塔板 ~第 77 塊塔板，塔板直徑 ，溢流堰高 30mm 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 40 選擇 V— 1 型浮閥。 降液管高 40mm。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 41 精餾塔核算結果 進料板位置與塔頂輕 關鍵 組分摩爾分率靈敏度關系圖 通過靈敏度分析，確定適宜的進料板位置。 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 42 3 設計結果與討論 苯乙烯工藝流程圖 及流程概述 本設計方案采用乙苯三段催化脫氫的方法制備苯乙烯，現對工藝流程進行描述如下。 原料由原料罐經泵送至換熱器組與反應器底部的初產品進行換熱，之后進入加熱爐再次加熱直至達到反應溫度 630℃后，進入反應器反應。反應器共分為三段 ，且各段工藝尺寸相同。水由水儲藏罐泵送至加熱爐加熱至過熱蒸汽，然后分三股加入各段反應器間。反應結束后，初產品經換熱后在用水分離器中進行分離，從油水分離器頂排除不凝氣，并在其底部排除廢水。達到分離要求后，將油層送至精餾分離裝置進行精制。首先進入乙苯 — 苯乙烯塔，以乙苯為輕關鍵組分，苯乙烯為重關鍵組分進行分離。塔底產品進入苯乙烯塔再次分離，并于苯乙烯塔塔頂得到苯乙烯產品。塔頂產品進入甲苯 — 乙苯塔，以甲苯為輕關鍵組分，以乙苯為重關鍵組分進圖 3 1 乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程圖 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 43 行分離，并于塔底得到未反應的乙苯。甲苯 — 乙苯塔頂產品進入苯 — 甲苯塔，以苯為輕關 鍵組分，甲苯為重關鍵組分進行精制，在塔頂得到產品苯，在塔底得到產品甲苯。 在整個乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程中，各個裝置均加入了合理的自動化控制。 Aspen Plus 軟件模擬流程及其簡述 本設計方案使用流程模擬軟件 Aspen Plus 對整個工藝流程進行了全流程模擬，并將整個工藝流程分為反應和精餾分離兩個部分。 反應器用 RPlug 模塊；精餾塔用RadFrac 模塊；換熱器用 HeaterX 模塊；泵用 Pump 模塊；油水分離器用 Dcanter 模塊；精餾塔的塔頂冷凝器采用 HeaterX 與 FSplit 模塊的組合形式；氣液 分離裝置用Flash2 模塊。 反應部分概述 圖 3 2 模擬流程圖 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 44 如模擬流程圖所示，將傾析器前（包括傾析器）的流程繪制在軟件的操作面板上，選擇適宜的模塊并設置主要的模擬參數進行模擬。 具體設備、模塊類型和模擬參數見下表。 表 3 1 反應部分參數 裝置 模塊類型 控制參數 換熱器 HeatX 算法：簡捷計算 模擬類型：設計 熱物流出口溫度： 125℃ 加熱爐 Heater 溫度 壓力 混合器 Mixer 混合溫度： 630℃ 反應器 RPlug 反應器類型：絕熱反應器 反應器 工藝尺寸 兩相閃蒸器 Flash2 溫度： 20℃ 壓力：大氣壓 傾析器 Decanter 溫度： 20℃ 壓力：大氣壓 分離部分模擬 首先使用簡捷法，利用 DSTWU 模塊，通過已知的物料關系進行模擬，確定適宜的理論塔板數與回流比。之后，利用初步模擬的結果，通過 RadFrac 模塊進行詳細模擬，確定分離部分的工藝參數，并進行精餾塔結構設計與核算。最后，利用Aspen Plus 軟件進行靈敏度分析。 主要 設備工藝參數匯總 換熱器 組 表 3 2 換熱器組工藝參數 熱物流進口溫度 熱物流出口溫度 冷物流進口溫度 冷物流出口溫度 熱 負 荷 換熱器 面積 對數平均溫差 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 45 595℃ 125℃ 20℃ 590℃ ㎡ ℃ 反應器 本設計方案使用平推流絕熱反應器進行反應，三段反應器工藝尺寸相同，均為長12m，直徑 6m。 反應器主要工藝參數如下。 表 3 3 反應器工藝參數 設備名稱 長度 /m 直徑 /m 停留時間 /h 總 轉化率 /% 總 選擇性 /% 第一反應段 12 6 第二 反應段 12 6 第三反應段 12 6 精餾分離部分 表 2 14 精餾部分操作參數表 名稱 乙苯 — 苯乙烯塔 甲苯 — 乙苯塔 苯 — 甲苯塔 苯乙烯精餾塔 塔板數 78 19 29 27 進料板 34 9 15 15 塔頂采出量（ kmol/h） / / 塔底采出量（ kmol/h） / 回流比 公用工程一覽 加熱蒸汽 根據生產需求 決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓 (G),進反應器溫度為 720℃，出反應器溫度為 600℃。 生產用 電 遼寧石油化工大學畢業設計（論文）用紙 46 對輸入的動力電源的要求：采用單回路電壓為 380 伏，頻率為 50 赫茲，允許波動范圍177。 3%。電器設備對電源的要求： 1）對于電動機，使用 380 伏交流電。 2）正常照明用 220/380 伏交流電，事故照明用 220 伏直流電。 3）電器部分控制，信號及繼電保護用 220 伏直流電。 4）儀表電源用 100 伏和 24 伏。 冷卻 用 水 溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進水溫度 +10℃ 壓力：回水壓力 — 對于循環冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設接力泵，因此回水壓力設為 (G)。供水壓力：考慮到回水壓力加上熱交換阻力和管道系阻力，因此取 (G)。 污垢系數：根據水質處理費用和熱交換費用，決定污垢系數為 （ m2?h?℃） KJ。 討論 本設計方案通過對各種先進苯乙烯技術原理的探討，引入了乙苯三段催化脫氫工藝 作為苯乙烯反應部分的方案。用工藝流程模擬軟件 Aspen Plus 建立 了苯乙烯生產流程的數學模型并對過程進行了模擬分析。 通過采用 Aspen Plus 流程模擬軟件對流程內的所用設備進行模擬和優化，對裝置內各工藝參 數的相互關系有了深入的了解，并得到了較為適宜的