1、化工过程数学模型与计算机模拟化工过程数学模型与计算机模拟课程课程案例研究案例研究甲苯加氢脱烷基制苯甲苯加氢脱烷基制苯生成过程的概念设计生成过程的概念设计化工所潘朝群博士赵小曦博士目录目录 第一部分概述及概念设计 第一章第0级层次决策：输入信息 第二章第1级层次决策：间歇对连续 第三章第2级层次决策：输入输出结构 第四章第3级层次决策：流程的循环结构 第五章第四层次的决策：分离系统 第二部分过程输出文件 一.过程总的输入文件总结 二.流程图中各模块的操作参数模拟结果 三.流程图中各物流的组成模拟第第0级层次：输入信息级层次：输入信息 反应：反应条件：反应器进口的温度=1150，而且反应器的压力=
2、500psia。选择性：每摩尔转化的甲苯生成苯的摩尔数S0.97。转化率：x0.7。产量=265mol/h的苯。原料：室温条件下的纯苯；100和550psia下的95%的H2和5%的CH4。制约条件：在反应器进口处H2/芳烃=5（以防结焦）；反应器出口温度1300（以防加氢裂解）；反应器出料骤冷到1150（以防结焦）42CHH苯甲苯22H联苯苯第二章 1级层次决策：间歇对连续级层次决策：间歇对连续 选择一个连续的过程。第第 2级层次决策：输入级层次决策：输入-输出的结构输出的结构 放空工 艺 过 程H2+CH4甲苯苯 联苯表表32 各组分的去向各组分的去向 组分 正常沸点 去向 H2 423
3、气体循环和放空 CH4 259 气体循环和放空 苯 776.2 主要产品 甲苯 231.1 循环 联苯 496.4 副产品第第3层次的决策：流程的循环结构层次的决策：流程的循环结构 反应器 分离系统甲苯进料H2进料放空联苯苯 PBFT（1-x）FT（1-x）FTFFT第五章第五章 第第4层次的决策：分离系统层次的决策：分离系统 利用ASPEN软件模拟在100OF和465psia的条件下，闪蒸罐的出料的分布情况，算出离开闪蒸罐的蒸汽和液体的流量分布情况物流 气相进料物流9气相出料物流15 液相出料物流10总的摩尔流量kmol/h 4.154648 3.7585060.391642H2的摩尔流量k
4、mol/h 1.539709 1.5382670.00144CH4摩尔流量kmol/h 2.198708 2.1836260.0151苯的摩尔流量kmol/h 0.325816 0.03330.292523甲苯摩尔流量kmol/h 0.009 0.00332 0.0867联苯摩尔流量kmol/h 4.28104 2.201084.28104从以上结果可看出，在闪蒸罐内气相和液相得到了合理的分割，无需采用冷冻过程分离系统工艺流程图分离系统工艺流程图放空的H2CH4蒸 汽 回 收系 统反 应 器系 统冷却系统相 分离 器液 体 分 离系 统循环甲苯苯甲苯蒸汽苯联苯H2蒸汽苯蒸汽回收系统表表5-2放
5、空物流中各组份的分布情况放空物流中各组份的分布情况组份 H2 CH4 苯 甲苯 总的物流摩尔流量kmol/h 0.196898 0.279504 0.00426 0.000425 0.481089苯和甲苯的损耗量为：放空的苯量4.26mol/h放空的甲苯量0.425 mol/h损失的苯和甲苯的量在可接受的范围内，所以暂时接受放空损失。甲苯加氢脱烷基生成苯的工艺流程图甲苯加氢脱烷基生成苯的工艺流程图MIXERRSTOICSEP液相分离的塔序液相分离的塔序 分离苯、甲苯和联苯时，采用正次序，先分离苯，再分离甲苯、联苯 H2+CH4 苯甲苯稳稳定定塔塔甲甲苯苯塔塔苯苯塔塔液相进料联苯稳定塔稳定塔塔的
6、压力为150psia R1.033 STAGES25 FEED STAGE12板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高度为H225+1565塔横截面积A2.214104 M(Tb+460)0.5 V 按照塔的底部来设计，即苯回流，M78，Tb400，VLD（R1）D （1.0331）13.6 塔的截面积A2.21410478(400+460)0.5（1.0331）13.61.5854ft2塔的直径为：D1.42 ft苯塔苯塔R1.11STAGES55FEED STAGE27CONDENSER DUTY 20,229REBOILER DUTY=10,478板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高
7、度为H222+15125塔的截面积为：A2.21410492(231+460)0.5(1.11+1)267.8122.55 ft2塔的直径为：D5.40ft年度费用792/280101.91251.0665.400.8023.18/386，337$/a甲苯塔甲苯塔R0.05，STAGES22，FEED STAGE11板间距2ft，两端加上15ft，则塔的高度为H222+1559塔的截面积为：A2.214104154(492+460)0.583.78.2 ft2塔的直径为：D3.23 ft年度费用792/280101.93.231.066600.8023.18/328，454$/a取冷却水的平均温升为125OF，则冷凝器的换热面积115 ft2冷凝器的年度费用792/280101.91150.653.29/36896$/a冷凝水的年度费用2730$/a塔釜采用1000psia的水蒸气来加热，换热器的面积168ft2再沸器年度费用792/280101.91680.653.29/38877$/a水蒸气的年度费用52，080$/a致 谢
