辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸
表2- 10 苯—甲苯精馏塔塔顶产品组成
kmol/h %（mol） 苯 10.77 99.72% 甲苯 0.029 0.27% 总计 10.80 100% 塔底 W?F?D?16.72?10.80?5.92kmol/h
表2- 11苯—甲苯精馏塔塔底产品组成
kmol/h %（mol） 乙苯 0.065 1.10% 甲苯 5.84 98.65% 苯 0.022 0.37% 总计 5.92 100% 2.4.6 苯乙烯精馏塔
选轻关键组份为苯乙烯，重关键组份为焦油。 进料 F?176.40kmol/h
塔顶 D?0.20?176.17?0.95?167.56kmol/h
表2- 12 苯乙烯塔塔顶产品组成
kmol/h %（mol） 乙苯 0.20 0.12% 苯乙烯 167.36 99.88% 总计 167.56 100% 产品苯乙烯质量分数 Wt?99.88%?99% 产品合格 由于苯乙烯损失2%（质量），
故苯乙烯最终产量 167.56?(1?0.02)?164.21kmol/h
2.5 Aspen Plus模拟工艺流程设计 2.3.1 状态方程及模块的选择
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对主要含有乙苯、苯乙烯、苯和甲苯等极性不强的烃类物系的物性和相平衡采用SRK和PR状态方程计算，对含水物系的物性和相平衡采用NRTL方程计算。
乙苯脱氢制苯乙烯工艺所涉及的单元设备为脱氢反应器、精馏塔、换热器、泵、油水分离器等。在用Aspen Plus化工流程模拟软件对乙苯脱氢制苯乙烯工艺整个流程进行模拟计算时，分别选用如下的模块：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。
2.3.2 动力学方程选择
本模拟装置采用国内研制的催化剂，根据该催化剂在绝热固定床反应器中的实验数据，副产物只考虑苯和甲苯，苯直接由乙苯脱烷基得到，甲苯由乙苯加氢得到，并与苯乙烯构成平行反应网络[15~16]。
乙苯脱氢制苯乙烯的动力学方程如下：
?H(873K)?125kJ/mol
?H(873K)??102kJ/mol?H(873K)?64.4kJ/mol
在反应温度570～640℃、水烃摩尔比为16~20条件下，采用幂数型动力学方程式，建立如下苯乙烯、苯和甲苯的生成速率方程：
rsty=k1(pe-psph/Kp)k1=4.60?10exp(-133.2/RT)rben=k2pek2=1.36?10exp(-156.7/RT)rtol=k3pephk3=3.04?10exp(-49.8/RT)66 23
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式中，rsty，rben，rtol为苯乙烯、苯、甲苯的生成速率，mol/(m3·s)；P s，Pe，P
h为苯乙烯、乙苯和氢气的分压，MPa；k1 ，k2
，k3，为生成苯乙烯、苯、甲苯的
反应速率常数，mol／(m ·s·MPa)。
乙苯脱氢主反应平衡常数为：
lnKp=19.6684-15370.81T-0.52299lnT
Kp为主反应的化学平衡常数，T为温度，K。
2.3.3 反应部分操作参数和关键控制
根据已经选定的状态方程、模块选择及动力学方程，在Aspen Plus原件上进行反映部分的模拟优化。
反应部分模拟流程如图所示：
图2- 2 反应部分模拟图
根据经验，反应器的直径保持不变为6m，其长度从8m变化到14m，且其他变量保持一致。反应器出料中的主要几种有机成分的流量的模拟结果如下：
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表2- 13 反应器尺寸控制
kmol/h 8 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯 97.960 162.072 0.063 1.956 反应器长度（m） 10 87.029 172.888 0.078 2.055 12 78.373 181.454 0.092 2.131 14 71.277 188.475 0.106 2.191 为保证176.89kmol/h的苯乙烯产量，故选择反应器长度为12m。经比较，确定反应器的尺寸为直径6m，长度12m，且三个反应器尺寸相同。
通过模拟确定反应器出口物料温度为594.7℃，经换热器换热产品温度降至为125℃，然后通过气液分离装置在常温常压下进行分离。
新建文件，对乙苯脱氢制苯乙烯工艺流程中的反应部分进行全流程模拟。 从“开始”菜单中的“所有程序 /AspenTech/ Process Modeling V7.3/Aspen Plus /Aspen Plus User Interface”启动Aspen Plus 的用户界面程序。
选用物性计算方法和模型（Property Methods & Models），根据过程类型和拟用的单位制选用Simulations为最常用的“Chemicals with Metric Units”，过程仿真Run Type选用“Flowsheet”。
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设定全局特性
输入化学组分信息
根据反应动力学，对整个反应过程进行简化，并输入化学组分为乙苯、苯乙烯、甲苯、苯、蒸气、乙烯、甲烷和氢气。
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