【正文】 氣，以降低乙苯的分壓，提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率。 空速：乙苯液態(tài)空速 ~。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷凝器冷卻后，分離為氣液兩相，氣相產(chǎn)物中含有大量的 H2 及少量的 CO、 CO2，可作燃料使用。 物料衡算 乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個(gè)單元 。 (3) 冷凝液經(jīng)油水分離器分離成水和有機(jī)混合物，水中夾帶芳烴量為 500mg/L，夾帶芳烴組成同有機(jī)混合物相同。 (4) 阻聚劑加入量為有機(jī)混合物量的 %（ 質(zhì)量） 。 精餾塔真空操作，塔頂壓力 50mmHg。塔頂苯乙烯含量 %，塔釜乙苯 %。 (8) 乙苯回收塔，塔頂乙苯 %，塔釜甲苯 %。 1 1 2 6 8 1 . 9 8 1 1 2 5 1 7 . 2 9 1 0 0 % 0 . 1 5 %1 1 2 6 8 1 . 9 8? ?? ? ?遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 18 油水分離器頂 排出 不凝氣的組成 乙烷 / /k m ol h k g h? 乙烯 / /k m ol h k g h? 甲烷 / /k m ol h k g h? 氫氣 19 8 .5 1 / 39 7. 02 /k mol h k g h? 二氧化碳 / /k m ol h k g h? 表 2 2 油水分離器頂不凝氣組成 kmol/h kg/h %(Wt) 乙烷 % 乙烯 % 甲烷 % 氫氣 % 二氧化碳 % 總計(jì) 100% 油水分離器底排出廢水組成 及出 料量 在油水分離器中，液相分為兩層：有機(jī)層與無機(jī)層（水）。 油水分離器底分離殘?zhí)苛? / /k m ol h k g h? 排出廢水量 47 01 .18 / /k m ol h k g h? 因廢水中夾帶的芳烴量為 500mg／ L，芳烴組成同反應(yīng)器出口重要 混合物 則 廢水中夾帶的芳烴量 = 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 19 表 2 3 反應(yīng)器出口 重要混合物 組成 kmol/h kg/h %(Wt) 乙苯 % 苯乙烯 % 甲苯 % 苯 % 總計(jì) 100% 故廢水中損失 芳烴量 如下： 乙苯 42 .3 1 0. 25 98 10 .9 9 /k g h?? 苯乙烯 /k g h?? 甲苯 /k g h?? 苯 /k g h?? 油水分離器出料組成 乙苯 / /k g h k m ol h? ? ? 苯乙烯 18 39 6. 56 29 .1 2 18 36 7. 44 / 17 6. 61 /k g h k m ol h? ? ? 甲苯 54 2. 80 0. 86 54 1. 94 / 5. 89 /k g h k m ol h? ? ? 苯 84 3. 18 1. 33 84 1. 85 / 10 .7 9 /k g h k m ol h? ? ? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 20 表 2 4 油水分離器出料組成 kmol/h kg/h %(Wt) 乙苯 % 苯乙烯 % 甲苯 % 苯 % 總計(jì) 100% 乙苯 — 苯乙烯精餾塔 將油水分離器出料加入乙苯 — 苯乙烯精餾塔中進(jìn)行分離，同時(shí)加入阻聚劑防止苯乙烯聚合， 阻聚劑 的 加入量為有機(jī)混合物的 %（質(zhì)量），即 阻聚劑加入量 / /k g h k m ol h? ? ? 表 2 5 乙苯 — 苯乙烯精餾塔進(jìn)料組成 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 阻聚劑 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % % % % 100% 選輕關(guān)鍵組份為乙苯，重關(guān)鍵組份為苯乙烯 則塔頂 ( 1 ) /D k m ol h? ? ? ? ? ? ? ? 表 2 6 乙苯 — 苯乙烯精餾塔塔頂產(chǎn)品組成 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % % % 100% 塔底 /W F D k mol h? ? ? ? ? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 21 表 2 7 乙苯 — 苯乙烯精餾塔塔底產(chǎn)品組成 乙苯 苯乙烯 阻聚劑 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % % 100% 甲苯 — 乙苯精餾塔 選輕關(guān)鍵組份為甲苯，重關(guān)鍵組份為乙苯 。 進(jìn)料 16 .72 /F kmol h? 塔頂 10 .7 9 ( 1 0. 00 2) 5. 87 0. 00 5 10 .8 0 /D k m ol h? ? ? ? ? ? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 22 表 2 10 苯 — 甲苯精餾塔塔頂產(chǎn)品組成 苯 甲苯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % 100% 塔底 16 .72 10 .80 2 /W F D k mol h? ? ? ? ? 表 2 11 苯 — 甲苯精餾塔塔底產(chǎn)品組成 乙苯 甲苯 苯 總計(jì) kmol/h %（ mol） % % % 100% 苯乙烯精餾塔 選輕關(guān)鍵組份為苯乙烯，重關(guān)鍵組份為焦油 。 乙苯脫氫制苯乙烯工藝所涉及的單元設(shè)備為脫 氫反應(yīng)器、精餾塔、換熱器、泵、油水分離器等。 動(dòng)力學(xué)方程選擇 本模擬裝置采用國內(nèi)研制的催化劑，根據(jù)該催化劑在絕熱固定床反應(yīng)器中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，副產(chǎn)物只 考慮苯和甲苯，苯 直接由乙苯脫烷基 得到， 甲苯由乙苯加氫得到，并 與苯乙烯構(gòu)成平行反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) [15~16]。 s 乙苯脫氫主反應(yīng)平衡 常數(shù)為： Kp 為主反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù) ， T 為溫度， K。 反應(yīng)部分模擬流程如圖所示： 圖 2 2 反應(yīng)部分模擬圖 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 反應(yīng)器的直徑保持不變?yōu)?6m，其長度從 8m 變化到 14m，且其他變量保持一致。 經(jīng)比較，確定反應(yīng)器的尺寸為直徑 6m，長度 12m，且三個(gè)反應(yīng)器尺寸相同。 新建文件，對(duì)乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程中的反應(yīng)部分進(jìn)行全流程模擬。 選用物性計(jì)算方法和模型 （ Property Methods amp。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 26 設(shè)定全局特性 輸入化學(xué)組分信息 根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)整個(gè)反應(yīng)過程進(jìn)行簡化，并輸入化學(xué)組分為乙苯、苯乙烯、甲苯、苯、蒸氣、乙烯、甲烷和氫氣。 輸入進(jìn)料流股信息 乙苯 ，蒸氣 ，總計(jì) 。 換熱器 單元模塊參數(shù)：逆 流，簡捷設(shè)計(jì)計(jì)算，熱物流出口溫度 125℃。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 29 換熱器詳情 ： 換熱器面積 (Required exchanger area) ： ㎡ 結(jié)垢 (Dirty)條件下的平均傳熱系數(shù) (Avg. heat transfer coefficient)： K 校正后的對(duì)數(shù)平均溫差 (LMTD corrected)： ℃ 換熱器分區(qū) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 30 反應(yīng)器 單元模塊參數(shù)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)平推流絕熱反應(yīng)器，長 12m，直 徑 6m。 首先使用簡捷法，利用 DSTWU 模塊，通過已知的物料關(guān)系進(jìn)行模擬，根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，通過生成 “ 回流比 — 理論板 數(shù)關(guān)系表 ” 決定適宜的理論塔板數(shù)與回流比。 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(duì)各個(gè)精餾塔 進(jìn)料板位置與其所在精餾塔塔頂輕關(guān)鍵組分 摩爾分率的關(guān)系進(jìn)行靈敏度分析，以幫助我們確定合理的進(jìn)料板位置。 確定 DSTWU 模型參數(shù)：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(guān)鍵組分為乙苯（ %， mol%），塔底重關(guān)鍵組分為苯乙烯（ %， mol%）。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 37 進(jìn)料板為第 34 塊塔板 塔頂壓力 。 降液管高 40mm。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 42 3 設(shè)計(jì)結(jié)果與討論 苯乙烯工藝流程圖 及流程概述 本設(shè)計(jì)方案采用乙苯三段催化脫氫的方法制備苯乙烯，現(xiàn)對(duì)工藝流程進(jìn)行描述如下。反應(yīng)器共分為三段 ，且各段工藝尺寸相同。反應(yīng)結(jié)束后，初產(chǎn)品經(jīng)換熱后在用水分離器中進(jìn)行分離，從油水分離器頂排除不凝氣，并在其底部排除廢水。首先進(jìn)入乙苯 — 苯乙烯塔，以乙苯為輕關(guān)鍵組分，苯乙烯為重關(guān)鍵組分進(jìn)行分離。塔頂產(chǎn)品進(jìn)入甲苯 — 乙苯塔，以甲苯為輕關(guān)鍵組分，以乙苯為重關(guān)鍵組分進(jìn)圖 3 1 乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程圖 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 43 行分離，并于塔底得到未反應(yīng)的乙苯。 在整個(gè)乙苯脫氫制苯乙烯工藝流程中，各個(gè)裝置均加入了合理的自動(dòng)化控制。 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。 具體設(shè)備、模塊類型和模擬參數(shù)見下表。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，確定分離部分的工藝參數(shù)，并進(jìn)行精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與核算。 主要 設(shè)備工藝參數(shù)匯總 換熱器 組 表 3 2 換熱器組工藝參數(shù) 熱物流進(jìn)口溫度 熱物流出口溫度 冷物流進(jìn)口溫度 冷物流出口溫度 熱 負(fù) 荷 換熱器 面積 對(duì)數(shù)平均溫差 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 45 595℃ 125℃ 20℃ 590℃ ㎡ ℃ 反應(yīng)器 本設(shè)計(jì)方案使用平推流絕熱反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，三段反應(yīng)器工藝尺寸相同，均為長12m，直徑 6m。 表 3 3 反應(yīng)器工藝參數(shù) 設(shè)備名稱 長度 /m 直徑 /m 停留時(shí)間 /h 總 轉(zhuǎn)化率 /% 總 選擇性 /% 第一反應(yīng)段 12 6 第二 反應(yīng)段 12 6 第三反應(yīng)段 12 6 精餾分離部分 表 2 14 精餾部分操作參數(shù)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(shù) 78 19 29 27 進(jìn)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(jù)生產(chǎn)需求 決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓 (G),進(jìn)反應(yīng)器溫度為 720℃，出反應(yīng)器溫度為 600℃。 3%。 2）正常照明用 220/380 伏交流電，事故照明用 220 伏直流電。 4）儀表電源用 100 伏和 24 伏。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)。 討論 本設(shè)計(jì)方案通過對(duì)各種先進(jìn)苯乙烯技術(shù)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(yīng)部分的方案。 通過采用 Aspen Plus 流程模擬軟件對(duì)流程內(nèi)的所用設(shè)備進(jìn)行模擬和優(yōu)化，對(duì)裝置內(nèi)各工藝參 數(shù)的相互關(guān)系有了深入的了解，并得到了較為適宜的工藝參數(shù) 。 本設(shè)計(jì)得到如下結(jié)果： （ 1）通過論證選擇了 乙苯三段催化脫氫 工藝作為本設(shè)計(jì)的方案，并詳細(xì)論述了 乙苯三段催化脫氫 工藝的工藝流程，繪制了苯乙烯工藝流程圖。 （ 3）本設(shè)計(jì)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，模擬結(jié)果與物料衡算出的理論數(shù)據(jù)較為一致，為苯乙烯生產(chǎn)的操作提供了一定的依據(jù)。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 48 符號(hào)說明 名稱 符號(hào)說明 單位 D 塔徑 m F 進(jìn)料流率 kmol/h H? 反應(yīng)熱 kJ/mol Kp 平衡常數(shù) mol/(kg kpa) M 摩爾質(zhì)量 kg/kmol n 物質(zhì)的量 mol/h P 壓力 kPa Q 熱負(fù)荷 W R 氣體常數(shù) J/(mol s) T 溫度 K 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 49 致謝 本設(shè)計(jì)方案 的完成，標(biāo)志著我的本科生階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)完成。 感謝石化學(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)和教育，在 四年 的大學(xué)生活 中，我不 僅學(xué)到了豐富的科學(xué)文化知識(shí)，而且獲得了寶貴的實(shí)習(xí) 實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn)。 本設(shè)計(jì) 是在 我的指導(dǎo)教師封瑞江老師的悉心指導(dǎo)下完成的，封老師 對(duì)我學(xué)業(yè)的發(fā)展一直給予極大 的關(guān)心和支持。在此我向?qū)煴硎局孕牡母兄x，并致以崇高的敬意！ 感謝石化 學(xué)院化工系趙崇峰老師對(duì)我學(xué)習(xí)的關(guān)心和幫助，在此祝您 工作順利，生活幸福！ 我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容十分繁雜，在設(shè)計(jì) 的寫作過程中， 我與同學(xué)們一起探討