辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸

3 设计结果与讨论

3.1 苯乙烯工艺流程图及流程概述

图3- 1 乙苯脱氢制苯乙烯工艺流程图

本设计方案采用乙苯三段催化脱氢的方法制备苯乙烯，现对工艺流程进行描述如下。

原料由原料罐经泵送至换热器组与反应器底部的初产品进行换热，之后进入加热炉再次加热直至达到反应温度630℃后，进入反应器反应。反应器共分为三段，且各段工艺尺寸相同。水由水储藏罐泵送至加热炉加热至过热蒸汽，然后分三股加入各段反应器间。反应结束后，初产品经换热后在用水分离器中进行分离，从油水分离器顶排除不凝气，并在其底部排除废水。达到分离要求后，将油层送至精馏分离装置进行精制。首先进入乙苯—苯乙烯塔，以乙苯为轻关键组分，苯乙烯为重关键组分进行分离。塔底产品进入苯乙烯塔再次分离，并于苯乙烯塔塔顶得到苯乙烯产品。塔顶产品进入甲苯—乙苯塔，以甲苯为轻关键组分，以乙苯为重关键组分进

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行分离，并于塔底得到未反应的乙苯。甲苯—乙苯塔顶产品进入苯—甲苯塔，以苯为轻关键组分，甲苯为重关键组分进行精制，在塔顶得到产品苯，在塔底得到产品甲苯。

在整个乙苯脱氢制苯乙烯工艺流程中，各个装置均加入了合理的自动化控制。

3.2 Aspen Plus软件模拟流程及其简述

图3- 2 模拟流程图

本设计方案使用流程模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行了全流程模拟，并将整个工艺流程分为反应和精馏分离两个部分。反应器用RPlug模块；精馏塔用RadFrac模块；换热器用HeaterX模块；泵用Pump模块；油水分离器用Dcanter模块；精馏塔的塔顶冷凝器采用HeaterX与FSplit模块的组合形式；气液分离装置用Flash2模块。

3.2.1 反应部分概述

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如模拟流程图所示，将倾析器前（包括倾析器）的流程绘制在软件的操作面板上，选择适宜的模块并设置主要的模拟参数进行模拟。

具体设备、模块类型和模拟参数见下表。

表3- 1 反应部分参数

装置 换热器 加热炉 混合器 反应器 两相闪蒸器 倾析器

模块类型 HeatX Heater Mixer RPlug Flash2 Decanter

控制参数

算法：简捷计算 模拟类型：设计 热物流出口温度：125℃

温度 压力 混合温度：630℃

反应器类型：绝热反应器 反应器工艺尺寸 温度：20℃ 压力：大气压 温度：20℃ 压力：大气压

3.2.2 分离部分模拟

首先使用简捷法，利用DSTWU模块，通过已知的物料关系进行模拟，确定适宜的理论塔板数与回流比。之后，利用初步模拟的结果，通过RadFrac模块进行详细模拟，确定分离部分的工艺参数，并进行精馏塔结构设计与核算。最后，利用Aspen Plus软件进行灵敏度分析。

3.3 主要设备工艺参数汇总 3.3.1 换热器组

表3- 2 换热器组工艺参数

热物流进口温度 热物流出口温度 冷物流进口温度 冷物流出口温度 热 负 荷 换热器 面积 对数平均温差 44

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595℃ 125℃ 20℃ 590℃ 26.74Gcal/h 342.64㎡ 106.78℃ 3.3.2 反应器

本设计方案使用平推流绝热反应器进行反应，三段反应器工艺尺寸相同，均为长12m，直径6m。

反应器主要工艺参数如下。

表3- 3 反应器工艺参数

设备名称

第一反应段 第二反应段 第三反应段

长度/m 12 12 12

直径/m 6 6 6

停留时间/h 总转化率/% 总选择性/% 0.00357538 0.00225527 0.00163254

44.33 59.69 70.10

98.76 98.79 98.79

3.3.3 精馏分离部分

表2- 14 精馏部分操作参数表

名称 塔板数 进料板 塔顶采出量（kmol/h） 塔底采出量（kmol/h） 回流比 3.4 公用工程一览

乙苯—苯乙烯塔 甲苯—乙苯塔 苯—甲苯塔 苯乙烯精馏塔 78 34 / / 13.4 19 9 / 65.613 5.83 29 15 10.798 5.924 1.29 27 15 167.555 8.959 0.0155 3.4.1 加热蒸汽

根据生产需求决定蒸汽压力和温度，蒸汽压力取低压0.4MPa(G),进反应器温度

为720℃，出反应器温度为600℃。

3.4.2 生产用电

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对输入的动力电源的要求：采用单回路电压为380伏，频率为50赫兹，允许波动范围±3%。电器设备对电源的要求：

1）对于电动机，使用380伏交流电。

2）正常照明用220/380伏交流电，事故照明用220伏直流电。 3）电器部分控制，信号及继电保护用220伏直流电。 4）仪表电源用100伏和24伏。

3.4.3 冷却用水

温度：供水温度为常温，回水温度为进水温度+10℃

压力：回水压力—对于循环冷却水要求回水能直接流到冷却塔顶，不另设接力泵，因此回水压力设为0.4MPa(G)。供水压力：考虑到回水压力加上热交换阻力和管道系阻力，因此取0.6MPa(G)。

污垢系数：根据水质处理费用和热交换费用，决定污垢系数为0.000145（m2?h?℃）KJ。

3.5 讨论

本设计方案通过对各种先进苯乙烯技术原理的探讨，引入了乙苯三段催化脱氢工艺作为苯乙烯反应部分的方案。用工艺流程模拟软件Aspen Plus建立了苯乙烯生产流程的数学模型并对过程进行了模拟分析。

通过采用Aspen Plus流程模拟软件对流程内的所用设备进行模拟和优化，对装置内各工艺参数的相互关系有了深入的了解，并得到了较为适宜的工艺参数。通过对苯乙烯装置内的多种工况进行模拟计算，发现设备运行过程中所存在的问题，为设备维护及操作参数的调整提供了理论依据。

本设计得到如下结果：

（1）通过论证选择了乙苯三段催化脱氢工艺作为本设计的方案，并详细论述了乙苯三段催化脱氢工艺的工艺流程，绘制了苯乙烯工艺流程图。

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