年产20万吨乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计毕业论文设计优质整理

2021-04-25 13:13:14本页面

年产20万吨乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计毕业论文设计优质整理


【正文】

毕业设计 20万吨年乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计 摘要 苯乙烯是最重要的基本有机化工原料之一。本文介绍了国内外苯乙烯的现状及发展概况,苯乙烯反应的工艺条件,乙苯脱氢制苯乙烯催化剂,苯乙烯的生产方法和生产工艺。 本设计以年处理量20万吨乙苯为生产目标,采用乙苯三段催化脱氢制苯乙烯的工艺方法,对整个工段进行工艺设计和设备选型。根据设计任务书的要求对整个工艺流程进行了物料衡算,并利用流程设计模拟软件AspenPlus对整个工艺流程进行了全流程模拟计算,选用适宜的操作单元模块和热力学方法,建立过程模型进行稳态模拟计算并绘制了带控制点的工艺流程图。在设计过程中对整个工艺流程进行了简化计算,将整个流程分为了反应和精馏分离两个部分。

利用计算机模拟计算结果对整个工艺流程进行了模拟优化,并确定了整套装置的主要工艺尺寸。 由于本设计方案使用计算机过程模拟软件AspenPlus进行仿真设计,减少了实际设计中的大量费用,对现有工艺进行改进及最优综合具有重要的实际意义。 关键词:乙苯,苯乙烯,脱氢,AspenPlus,模拟优化 Abstract StyreneMonomer(SM)isoneofthemostimportantorganicchemicals.Thisarticledescribesthepresentsituationanddevelopmentofstyreneatconditions。

catalystforethylbenzenedehydrogenationtostyrene,styreneproductionmethodsandproductionprocesses. Thisdesignisbasedontheannualtargets,ethylbenzenethreestagedehydrogenationusingstyreneintheprocess,theentiresectionintheprocessdesignandequipmentselection.Accordingtotherequirementsofthedesignofthemissionstatementoftheentireprocessthematerialbalance。

processdesignsimulationsoftwareAspenPlussimulationofthewholeprocessoftheentireprocess,choosetheappropriateoperatingunitmoduleandthermodynamicmethods,processmodelforsteadystatesimulationanddrawtheP&IDdiagram.Theentireprocessinthedesignprocess,simplifythecalculation,thewholeprocessisdividedintoreactionanddistillationtoseparatethetwoparts。

theuseofcomputersimulationresultsontheentireprocessflowsimulationandoptimization,anddeterminethesizeofthemainprocessoftheentiredevice. ThisdesignusingcomputersimulationsoftwareAspenPlussimulationdesignedtoreducethesubstantialcostsoftheactualdesign,toimprovetheexistingprocessandoptimalsynthesis,AspenPlus。

Simulationandoptimization 目录 1 前言 1 1.1 苯乙烯现状及发展概况 2 1.2 乙苯脱氢制取苯乙烯反应工艺条件研究 2 1.2.2 温度 2 1.2.3 进料比 3 1.2.4 压力 3 1.3 乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究 3 1.3.1 国内外苯乙烯催化剂研究现状 4 1.3.2 国内催化剂研发的建议 5 1.4 苯乙烯生产方法概述 7 1.4.1 乙苯脱氢法 7 1.4.2 乙苯共氧化法 7 1.4.3 甲苯为原料合成苯乙烯 8 1.4.4 乙烯和苯直接合成苯乙烯 8 1.4.5 乙苯氧化脱氢 8 1.5 乙苯脱氢制苯乙烯工艺方法概述 9 1。

5.1 LummusUOP乙苯脱氢工艺 9 1.5.2 FinaBadger乙苯脱氢工艺 9 1.5.3 乙苯脱氢选择性氧化工艺(Smart工艺) 10 1.6 AspenPlus软件及功能简介 10 1.7 本设计方案主要内容及意义 12 2 设计部分 13 2.3 设计任务书 13 2.3.1 乙苯催化脱氢主、副反应 13 2.3.2 乙苯脱氢催化剂 13 2.3.3 乙苯脱氢反应条件 13 2.3.4 乙苯脱氢工艺流程 14 2.4 物料衡算 14 2.4.1 脱氢绝热反应器 15 2.4.2 油水分离器 17 2.4.3 乙苯—苯乙烯精馏塔 20 2.4.

4 甲苯—乙苯精馏塔 21 2.4.5 苯—甲苯精馏塔 21 2.4.6 苯乙烯精馏塔 22 2.5 AspenPlus模拟工艺流程设计 22 2.3.1 状态方程及模块的选择 22 2.3.2 动力学方程选择 23 2.3.3 反应部分操作参数和关键控制 24 2.3.4 精馏部分操作参数 34 3 设计结果与讨论 42 3.1 苯乙烯工艺流程图及流程概述 42 3.2 AspenPlus软件模拟流程及其简述 43 3.2.1 反应部分概述 43 3.2.2 分离部分模拟 44 3.3 主要设备工艺参数汇总 44 3.3.1 换热器组 44 3.3.2 反应器 44 3。

3.3 精馏分离部分 45 3.4 公用工程一览 45 3.4.1 加热蒸汽 45 3.4.2 生产用电 45 3.4.3 冷却用水 46 3.5 讨论 46 符号说明 48 致谢 49 参考文献 50 1前言 苯乙烯是一种重要的石油化工基本原料,是除聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、环氧乙烷(EO)以外的第四大乙烯衍生产品。其主要用于生产和制备聚苯乙烯(PS)、丁苯橡胶(SBR)、丙二烯—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂、苯乙烯—顺丁烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)树脂和不饱和聚酯等,并广泛用在电子、汽车、建筑、包装、日用轻工等领域中。 在世界上。

苯乙烯的主要生产方法为乙苯脱氢法、乙苯共氧化法、甲苯为原料合成苯乙烯法、乙烯和苯直接合成苯乙烯法和乙苯氧化脱氢法等。其中,工业化的生产方法为乙苯催化脱氢法和乙苯共氧化法,两种方法所生产的苯乙烯分别占苯乙烯总产量的85%和15%。目前,国内外生产苯乙烯的主要方法是乙苯脱氢法,它又包括LummusUOP乙苯脱氢工艺、FinaBadger乙苯脱氢工艺和乙苯脱氢选择性氧化工艺(Smart工艺)3种工艺。 化工流程模拟(过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础,采用数学方法来描述化工过程,通过应用计算机辅助计算手段,进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析并做出环境和经济评价的一门新兴技术。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术等学科相互结合的产物。

在近几十年中发展迅速,并广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合领域。 AspenPlus是一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。AspenPlus是大型通用流程模拟系统,源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院(MIT)组织的会战,开发新型第三代流程模拟软件。该项目被命名为“过程工程的先进系统”(AdvancedSystemforProcessEngineering,简称ASPEN),并于1981年底完成。1982年为了将其商品化,成立了AspenTech公司,并称之为AspenPlus。该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高,已先后推出了十多个版本,成为举世公认的标准大型流程模拟软件。

应用案例数以百万计。 1.1苯乙烯现状及发展概况 苯乙烯(SM)作为不饱和芳烃中最简单的成员,是一种广泛用于生产苯乙烯系列树脂及丁苯橡胶的重要有机化工原料。在世界五大合成材料的产量中,苯乙烯系列树脂的产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯,名列第三位。此外,苯乙烯还可用于制药、染料、农药和选矿等行业,用途十分广泛。据统计,目前世界上已有4O多个国家可以生产苯乙烯,生产能力已经超过了21000kta。 我国苯乙烯生产始于五十年代末期,至2000年生产能力已达922kta。20032006年,我国苯乙烯产量由948kt增至2166kt。与此同时,我国苯乙烯消费最也由3603kt增至4503kt。长期以来,我国苯乙烯产量不能满足我国需求,20032006年我国苯乙烯进口量为2343~2661kt。

虽然我国苯乙烯产量不断增加,但是需求量也在逐年增加,苯乙烯对外依存度依然很高[1]。据预测,2010年可达到3920kta。新增生产能力主要是新疆独山子、上海赛科、南海壳牌、镇海炼化、惠州壳牌和广州石化等数套规模达300至600kta的大型苯乙烯装置。 1.2乙苯脱氢制取苯乙烯反应工艺条件研究 乙苯脱氢的主反应为: 1.2.2温度 乙苯脱氢反应是可逆吸热反应,温度升高有利于平衡转化率的提高,也有利于反应速率的提高。而温度提高同时加快了乙苯的裂解和加氢裂解,即随着温度的升高,乙苯转化率增加,而苯乙烯的选择性降低。若温度降低时,副反应虽然减少,苯乙烯的选择性提高,但反应速率也相应降低,

产率也不高。故乙苯收率随温度变化存在一个最高点,其对应温度为最适宜温度。 1.2.3进料比 由热力学原理可知,用水蒸气作为脱氢反应的稀释剂可以提高乙苯脱氢的平衡转化率,增加乙苯收率,抑制催化剂表面结焦同时有消炭作用,并提供热量,利于分离。但是,水蒸气用量不是越多越好,超过一定比值后平衡转化率的提高就不明显了,其水蒸气用量与平衡转化率的关系如图12所示。 1.2.4压力 从热力学原理看,提高温度、降低体系压力有利于平衡,在工业生产中由于安全因素通常不采用负压,故大都加入水蒸气,作为稀释原料气。加入水蒸气不仅可以降低乙苯的反应压力,促使平衡向右移动以提高苯乙烯收率;而且水蒸气经冷凝后变为水。

易与苯乙烯分离,来源易得,价格相对便宜,比热容大,并且可以通过水煤气反应不断排除催化剂上的积炭,使催化剂再生[2]。 1.3乙苯脱氢制苯乙烯催化剂研究 对于乙苯脱氢制苯乙烯这一重要的石油化工过程,所用催化剂的研究开发及更新换代,从2O世纪3O年代以来持续发展。以催化剂为中心的工艺条件的优化,反应器类型的结构设计也常有改进[3~6]。 乙苯脱氢反应是一个强吸热的分子数增加的反应,从热力学上看,提高温度、降低压力有利于平衡,因此目前工业上大多数采用负压工艺。又因为过高的温度不仅易导致乙苯裂解而产生苯,甲苯,二氧化碳等副产物,而且增加能耗,使得经济上不合理,故使反应温度的提高受到了很大的限制。

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