年产20万吨乙苯脱氢制苯乙烯装置工艺设计毕业设计

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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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