【正文】 指導(dǎo)教師 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度令我十分仰慕，從中所學(xué)必將使我受益終生。祝愿石化學(xué)院 在未來的日子里 不斷取得進(jìn)步，創(chuàng)造新的輝煌。借此機(jī)會(huì)，我向多年來辛勤培養(yǎng)、關(guān)心和幫助我的各位教師和同學(xué)表示衷心的感謝。 K) r 反應(yīng)速率 mol/(kg s s) k 反應(yīng)速率常數(shù) mol/(m179。 （ 4）從經(jīng)濟(jì)學(xué)上考慮，通過 Aspen Plus 流程模擬進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了實(shí)驗(yàn)室放大過程所用的成本。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 47 （ 2）通過對(duì) 乙苯三段催化脫氫 工藝原理的分析，制定了合理的方案，并優(yōu)化的操作參數(shù)和控制要點(diǎn)，從而得到較為合適的參數(shù)值。通過對(duì)苯乙烯裝置內(nèi)的多種工況進(jìn)行模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中所存在的問題，為設(shè)備維護(hù)及操作參數(shù)的調(diào)整提供了理論依據(jù)。用工藝流程模擬軟件 Aspen Plus 建立 了苯乙烯生產(chǎn)流程的數(shù)學(xué)模型并對(duì)過程進(jìn)行了模擬分析。 污垢系數(shù)：根據(jù)水質(zhì)處理費(fèi)用和熱交換費(fèi)用，決定污垢系數(shù)為 （ m2?h?℃） KJ。 冷卻 用 水 溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進(jìn)水溫度 +10℃ 壓力：回水壓力 — 對(duì)于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設(shè)接力泵，因此 回水壓力設(shè)為 (G)。 3）電器部分控制，信號(hào)及繼電保護(hù)用 220 伏直流電。電器設(shè)備對(duì)電源的要求： 1）對(duì)于電動(dòng)機(jī)，使用 380 伏交流電。 生產(chǎn)用 電 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 46 對(duì)輸入的動(dòng)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(dòng)范圍177。 反應(yīng)器主要工藝參數(shù)如下。最后，利用Aspen Plus 軟件進(jìn)行靈敏度分析。 表 3 1 反應(yīng)部分參數(shù) 裝置 模塊類型 控制參數(shù) 換熱器 HeatX 算法：簡(jiǎn)捷計(jì)算 模擬類型：設(shè)計(jì) 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(yīng)器 RPlug 反應(yīng)器類型：絕熱反應(yīng)器 反應(yīng)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(jiǎn)捷 法，利用 DSTWU 模塊，通過已知的物料關(guān)系進(jìn)行模擬，確定適宜的理論塔板數(shù)與回流比。 反應(yīng)部分概述 圖 3 2 模擬流程圖 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)置主要的模擬參 數(shù)進(jìn)行模擬。 Aspen Plus 軟件模擬流程及其簡(jiǎn)述 本設(shè)計(jì)方案使用流程模擬軟件 Aspen Plus 對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行了全流程模擬，并將整個(gè)工藝流程分為反應(yīng)和精餾分離兩個(gè)部分。甲苯 — 乙苯塔頂產(chǎn)品進(jìn)入苯 — 甲苯塔，以苯為輕關(guān)鍵組分，甲苯為重關(guān)鍵組分進(jìn)行精制，在塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品苯，在塔底得到產(chǎn)品甲苯。塔底產(chǎn)品進(jìn)入苯乙烯塔再次分離，并于苯乙烯塔塔頂?shù)玫奖揭蚁┊a(chǎn)品。達(dá)到分離要求后，將油層送至精餾分離裝置進(jìn)行精制。水由水儲(chǔ)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(yīng)器間。 原料由原料罐經(jīng)泵送至換熱器組與反應(yīng)器底部的初產(chǎn)品進(jìn)行換熱，之后進(jìn)入加熱爐再次加熱直至達(dá)到反應(yīng)溫度 630℃后，進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 41 精餾塔核算結(jié)果 進(jìn) 料板位置與塔頂輕 關(guān)鍵 組分摩爾分率靈敏度關(guān)系圖 通過靈敏度分析，確定適宜的進(jìn)料板位置。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 38 精餾塔概況 精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：浮閥塔，板間距為 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 39 精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果 精餾塔結(jié)構(gòu)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 40 選擇 V— 1 型浮閥。 精餾塔概況 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 36 回流比 — 理論板數(shù)關(guān)系表 ：確定回流比為 ，塔板數(shù)為 78 塊 RadFrac 模塊下，確定模型參數(shù)：塔板數(shù)為 78 塊，塔頂全回流，塔頂流率為，回流比 。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)精餾塔。 之后，利用初步模擬的結(jié)果，通過 RadFrac 模塊進(jìn)行詳細(xì)模擬，確定分離部分各個(gè)塔設(shè)備的進(jìn)料板、塔頂壓力、塔頂 冷凝器類型等工藝參數(shù)，并對(duì)各個(gè)精餾塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與核算。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 31 第一反應(yīng)器概況 第二反應(yīng)器概況 第三反應(yīng)器概況 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 32 第一反應(yīng)器過程流股參數(shù) 第二反應(yīng)器過程流股參數(shù) 第三反應(yīng)器過程流股參數(shù) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 33 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 34 精餾部分操作參數(shù) 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(jiǎn)捷法 DSTWU 初步模擬和 RaFrac 模塊詳細(xì)模擬。㎡ 模擬結(jié)果 換熱器概況：熱負(fù)荷為 。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 28 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 輸入 主要 單元模塊參數(shù) ，并得到模擬結(jié)果。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 27 選用物性計(jì)算方法和模型 為“ NRTL”。 Models）， 根據(jù)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”。 從“開始”菜 單中的“ 所有 程序 /AspenTech/ Process Modeling /Aspen Plus User Interface”啟動(dòng) Aspen Plus 的用戶界面程序。 通過 模擬確定 反應(yīng)器出口物料溫度為 ℃，經(jīng) 換熱器 換熱 產(chǎn)品溫度 降至 為125℃ ，然后通過氣液分離裝置在 常溫常壓 下進(jìn)行分離 。 反應(yīng)器出料中的主要幾種有機(jī)成分 的流量的模擬結(jié)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 25 表 2 13 反應(yīng)器尺寸控制 kmol/h 反應(yīng)器長(zhǎng)度（ m） 8 10 12 14 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 為保 證 ，故選擇反應(yīng)器長(zhǎng)度為 12m。 反應(yīng)部分操作參數(shù)和關(guān)鍵控制 根據(jù)已經(jīng)選定的狀態(tài)方程、模塊 選擇 及動(dòng)力學(xué)方程，在 Aspen Plus 原件上進(jìn)行反映部分的模擬優(yōu)化。 MPa)。 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(yīng)速率常數(shù)， mol／ (m 乙苯脫氫制苯乙烯的動(dòng)力學(xué)方程如下： 在反應(yīng)溫度 570～ 640℃、水烴摩爾 比為 16~20 條件下，采用冪數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程式，建立如下 苯乙烯、苯和甲苯的生成速率方程： (873 ) 125 /H K k J m ol??( 873 ) 102 /H K k J m ol? ? ?( 873 ) /H K k J m ol??1 e s h p61be n 2 e62tol 3 e h3= ( p p p / K )= 4. 60 10 e xp ( )r =k p= 10 e xp ( )r =k p p= 10 e xp ( )styrkkkk???遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 24 式中， rsty， rben， rtol為苯乙烯、苯、甲苯的生成速率， mol/(m179。在用 Aspen Plus 化工流程模擬軟件對(duì)乙苯脫氫制苯乙烯工藝整個(gè)流程進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，分別選用如下的模塊： 反應(yīng)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。 進(jìn)料 17 6. 40 /F kmo l h? 塔頂 0 17 7 5 16 6 /D k mol h? ? ? ? 表 2 12 苯乙烯塔塔頂產(chǎn)品組成 乙 苯 苯 乙烯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % 100% 產(chǎn)品苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù) 9 9 .8 8 % 9 9 %Wt ?? 產(chǎn)品合格 由于苯乙烯損失 2%（質(zhì)量）， 故苯乙烯最終產(chǎn)量 (1 ) /k m ol h? ? ? Aspen Plus 模擬工藝流程設(shè)計(jì) 狀態(tài)方程及模塊的選擇 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 23 對(duì)主要含有乙苯、苯乙烯、苯和甲苯等極性不強(qiáng)的烴類物系的物性和相平衡采用 SRK 和 PR 狀態(tài)方程計(jì)算，對(duì)含水物系的物性和相平衡采用 NRTL 方程計(jì)算。 進(jìn)料 82 .34 /F kmol h? 塔頂 ( 1 ) /D k m ol h? ? ? ? ? ? ? 表 2 8 甲苯 — 乙苯精餾塔塔頂產(chǎn)品組成 乙苯 甲苯 苯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % % 100% 塔底 82 .3 4 16 .7 2 65 .6 2 /W F D k mol h? ? ? ? ? 表 2 9 甲苯 — 乙苯精餾塔塔底產(chǎn)品組成 乙苯 苯乙烯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % 100% 苯 — 甲苯精餾塔 選輕關(guān)鍵組份為苯，重關(guān)鍵組份為甲苯 。無機(jī)層廢水、固相殘?zhí)考拔锪现袏A帶的催化劑由油水分離器底排出。 脫氫絕熱反應(yīng)器 反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的所有反應(yīng)極其選擇性 選擇性： 90% 選擇性： 4% 選擇性： 3% 選擇性： % 選擇性： 1% 選擇性： % 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 16 反應(yīng)器進(jìn)料 乙苯 / /k g h k m ol h? 水蒸氣 18 / /k m ol h k g h? ? ? 反 應(yīng)器出料 由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，乙苯脫氫轉(zhuǎn)化率為 75%（絕熱） 故， 參與反應(yīng) 的乙苯量 /k mol h?? 乙苯剩余量 26 2. 05 ( 1 0. 75 ) 65 .5 1 / 69 44 .0 6 /k m ol h k g h? ? ? ? 生成苯乙烯量 / /k m ol h k g h? ? ? 生成甲苯量 / /k m ol h k g h? ? ? 生成苯量 ( ) / /k m ol h k g h? ? ? ? 生成乙烷量 / /k m ol h k g h? ? ? 生成乙烯量 / /k m ol h k g h? ? ? 生成甲烷量 / /k m ol h k g h? ? ? 殘?zhí)苛? / /k m ol h k g h? ? ? 消耗水蒸汽量 16 / /k m ol h k g h? ? ? ? 剩余水蒸氣量 /k g h?? 生成二氧化碳量 8 / /k m ol h k g h? ? ? ? 生成氫氣量 196 .54 ( 5 21 5 ) 207 .35 / 414 .70 /k mol h k g h? ? ? ? ? ? ? 消耗氫氣量 19 6. 54 ( 0. 03 0. 01 5 ) 8. 84 / 17 .6 8 /k m ol h k g h? ? ? ? 總氫氣量 41 4. 70 17 .6 8 39 7. 02 /k g h?? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 17 表 2 1 脫氫絕熱反應(yīng)器物料衡算 反應(yīng)器進(jìn)料 反應(yīng)器出料 kmol/h kg/h %(Wt) kmol/h kg/h %(Wt) 乙苯 % % 水 % % 苯乙烯 0 0 0 % 甲苯 0 0 0 % 苯 0 0 0 % 乙烷 0 0 0 % 乙烯 0 0 0 % 甲烷 0 0 0 % 氫氣 0 0 0 % 二氧化碳 0 0 0 % 殘?zhí)? 0 0 0 % 總計(jì) 100% 100% 相對(duì)誤差 油水分離器 經(jīng)脫氫絕熱反應(yīng)器反應(yīng)后，所有物料經(jīng)換熱、冷卻至油水分離器靜置分層，排除不凝氣及廢水。 (7) 苯－