化工过程模拟和优化.

☆低温、高压有利于生成环己烷
反应条件
◇氢/苯（摩尔比）：3.46, 氢气过量以使苯100%转化为环己烷; ◇主反应器：温度 180~200℃， 压力 2.68Mpa，苯转化率≥95% ; ◇后反应器: 温度 190~231℃， 压力 2.60Mpa.
产量与进料
◆环己烷产量： 47700 吨/年； ◆苯进料量： 71.441kmol/h ； ◆氢气进料量：氢：247.186kmol/h，氮：8.282kmol/h, 甲烷：18.786kmol/h； ◆苯进料条件： 3500KPa, 40℃, 液相； ◆氢气进料条件：2910KPa, 65℃, 气相
化工过程模拟和优化
苯加氢生产环己烷
过程设计
指导教师： 钱 宇、 陆恩锡 教授
学
生：
张旭东、陈 颖、郭平生
设计任务
设计项目：环己烷合成过程设计 产品名称：环己烷 产品规格：纯度99.9% 生产能力：47700吨/年
产品用途：
●环己烷是用于生产环己醇、环己酮和己二酸的原料， 也可用作有机溶剂等。 ●环己酮进一步生产己内酰胺、聚酰胺6纤维（尼龙6) ●尼龙6具有广泛用途. 民用：可纯纺和混纺作衣料、 针织品、地毯等；工业：作轮胎的帘子线、帐篷、绳 索、降落伞等。
反应系统设计
反应方程式 反应器型式
反应在两串联的反应器中进行。前者鼓泡床反应器，有利于利用均相催化 剂进行液相苯加氢反应；后者固定床反应器，有利于利用LD143催化剂进行气 相苯加氢反应。由于为强放热反应，反应器型式的选择应考虑有利于散热。
+ 3H 2 + 2.135 x 10 KJ/Kmol
5
☆体积缩小、产生大量热的平衡反应
+ 3H2
Ni 150~250 C, 23~53 大气压
o
此法生产环己烷产率接近100%，且产品纯度很高，是目前生产环 己烷的主要方法。
本设计采用苯加氢法
流程、原料、产品
工艺流程方块图
氢气 （H 2,N 2,CH 4) 尾气（H 2,N2,CH4)
反应 系统
苯
分离 系统
环己烷
原料质量要求：
氢气：
苯：
H2O<50ppm S<0.2ppm
H2O<50ppm
CO<10ppm Cl-<0.1ppm
CO<10ppm O2<10ppm
CO2<10ppm
S+Cl-<1ppm
产品规格
比重 馏程 0.778~0.779g/cm3; 80.0~81.0℃; 颜色 ≤10（7%---CO标度）; 芳烃含量≤0.1 （wt%）; 凝固点 ≥6.0℃; 环烷烃 ≤1000mg/kg; 正烷烃(C7或C7以上) ≤50mg/kg 非挥发物 ≤10mg/kg; 总硫 ≤2mg/kg; 甲基环己烷 ≤300；
催化剂
均相催化剂(ZieglarNatta金属络合物)：
LD143催化剂：
规格： 外观 球形Ф2~4mm 组成 载有镍的氧化铝 含镍量 ≥ 14.35%(wt) 表观密度 0.87g/cm3 抗碎强度 ≥ 10kg 总孔容 0.45±0.06cm3 比表面 223（210±23）m2/g 应用： 后反应器 固定床
氢气 氮气 甲烷
氢 32.862 -252.8
氮 8.282 -195.8
轻组分 杂质
甲烷 18.786 -161.5
环己烷 71.441 80.7
环己烷
分离流程
反应物料
闪 蒸
脱 轻 组 分 塔
脱 重 组 分 塔
重组分杂质
分离条件的确定
★ 为了提高环己烷的收率，实际工艺中闪蒸分两级进行，第二级采用低温。 ★ 根据反应产物各组分浓度和沸点，脱轻组分塔和脱重组分塔采用常压操作，泡 点进料。根据分离精度要求，用Apsen可以得到塔板数，塔内温度和压力分布，回流比， 塔顶和塔底产品流率，塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷。
kmol/h
mol%
kg/h
wt%
-252.75 -195.78 -161.49
0.0898 1.2507 0.7156 879 779 计 状 态
80.1 80.7
274.254 24 1.90
100.00
1031.64
100.00 g
71.441
100.00
5580.26
100.00
3.15
40 3.5
3
密度 物流 (1) kg/Nm
3
反应系统进料 物流（2） wt% 48.30 22.49 29.21
71.441 100.00 5580.26 100.00
kmol/h 247.186 8.282 18.786
mol% 90.13 3.02 6.85
kg/h 498.33 231.98 301.33
生产方式的选择
•石油馏分分离法
粗汽油中约含5~15%的环己烷，其65.6~85.3℃馏分，主要含环己 烷及甲基环戊烷。在80℃及三氯化铝催化剂存在下，甲基环戊烷异构 化为环己烷： CH
3
AlCl3 80 C, 20~30 分钟
o
再经过一系列分离操作，最后可得纯度为95%以上的环己烷。
•苯加氢法
以镍为催化剂，于150~250℃和23~53大气压，苯加氢生成环己烷：
苯加氢合成环己烷工艺流程图
(5) (12)
12
(17)
尾气
(18)
2 7
(11) (13)
氢气
(1)
蒸汽 2
(3)
3
(25) (27) (6)
13 低温水 9
(20) (19)
6
(9) (26) (4)
循环水
(21)
(22)
10
11
(14)
5
(8) (7)
8
(24)
锅炉给水
(23) (15)
苯
(2)
1
4
(10)
环己烷
(16)
1.苯进料泵 2.氢气压缩机 3.主反应器 4.环己烷循环泵 5.锅炉给水换热器 6.汽包 7.后反应器 8.锅炉给水预热器 9.中温冷却器 10.第一分离器 11.第二分离器 12.尾气换热器 13.低温冷却器
物料衡算
物料衡算结果
分子 式 H2 N2 CH4 C6H6 C6H12 温度 分子量 沸点 ℃ 2.016 28.02 16.03 78.11 84.16 合 ℃ 密度 kg/m 粘度 Pas
857
l
Байду номын сангаас
压力 MPa
规格： 外观为黑色均匀液体 含镍量≥ 1.6%（wt） 转化率(10小时)≥99.5%
选择性(10小时)≥99.8%
应用： 主反应器 鼓泡床
分离系统设计
分离次序原则
★ 流量最大的组分先分离 ★ 分离困难的组分最后分离 ★ 轻组分先分离 ★ 等摩尔分割优先
反应产物的流量和沸点
组分 流量（kmol/h） 沸点（℃）