苯乙烯流程模拟

一、工艺流程分析
SM.1-苯乙烯反应单元 SM.2-反应器流出物减压冷却部分 SM.3-甲醇回收单元 SM.4-甲苯纯化回收单元
SM.5-甲苯甲醇供给准备部分 SM.6-循环混合和预加热部分
SM.7-苯乙烯单体净化部分
二、Aspen Plus流程模拟—组分输入
该工艺主要考虑氢气、甲醇、水、甲苯、乙苯、苯乙烯等 6个组分，其主要性质如下表所示。
甲苯精馏塔：甲苯精馏塔的进料被降压、加热成80kpa下的饱和液体。甲苯精馏 塔的塔顶产品是夹带少量甲醇的循环甲苯，塔底物流主要是乙苯和苯乙烯，并被送 往苯乙烯精馏塔。甲苯精馏塔30块理论板（不含冷凝器、再沸器），塔顶压力 75kpa，再沸器压力100kpa，冷凝器压降5kpa，再沸器压降10kpa，进料位置第5块 板。 苯乙烯精馏塔：苯乙烯精馏塔的进料被降压、降温成45kpa下的饱和液体。苯乙 烯精馏塔的塔顶产品主要是乙苯，塔底产品主要是粗苯乙烯。苯乙烯精馏塔100块 理论板（不含冷凝器、再沸器），塔顶压力35kpa，再沸器压力95kpa，冷凝器压降 5kpa，再沸器压降10kpa，进料位置第20块板。
二、Aspen Plus流程模拟—物性方法选择
本模拟物性方法主要选用PSRK，对于甲醇精馏塔则选用 WILSON。 PSRK 性质方法基于Soave-Redlich-Kwong 状态方程模型， 是Redlich-Kwong-Soave状态方程的扩展。对于含轻气体的极 性和非极性化合物的混合物 可以使用PSRK 性质方法。 Wilson 模型能模拟任意极性和非极性化合物的混合物甚至 很强的非理想体系，你可以使用Henry(亨利)定律模拟超临 界气体的溶解度。
苯乙烯摩尔流量为： 甲苯流量为：
250000 1000 288.92kmol / h 8320 104
288.92 491.53kmol / h 0.5878
甲醇摩尔流量等于甲苯摩尔流量，所以反应器进料条件为495℃，400kPa，甲醇 摩尔流量为491.53kmol/h，甲苯摩尔流量为491.53kmol/h。
SM.4-甲苯纯化回收单元：在SM.3的基础上，三相分离器的有机相经过减压阀 和换热器，调节物流温度压力到合适的值后进入甲苯精馏塔，甲苯精馏塔同 样由简捷算法确定设备参数，然后换用RadFrac模块进行严格计算。调整设计 规定，调节混合进料流量，以保证精馏塔釜中苯乙烯的含量。
SM.5-甲苯甲醇供给准备部分：甲苯、甲醇分别经加压泵和加热器后混合。 SM.6-循环混合和预加热部分：将SM.3、SM.4、SM.5连接起来，再加上一个 加热炉即得到该部分。增加设计规定，调整甲苯、甲醇进料流量，使得本部 分出口混合物流与反应器入口物流组成近似相等，连接SM.6和SM.1。
二、Aspen Plus流程模拟—题目条件
进料： 25℃，1atm等摩尔的甲醇和甲苯。 产品：主产品为250000吨/年的苯乙烯（年开工周期为8320小时），所有的产 品均被冷却到常温常压（25℃，1atm）并储存 主要单元设备： 反应器：反应器绝热操作，反应器进料压力为400kpa的条件下，反应器的性 能数据如下（反应器压降70kpa）：
二、Aspen Plus流程模拟—题目条件
过程单元压降值如下所示
对于涉及的泵和压缩机，绝热效率取75%，机械效率取90%。
二、Aspen Plus流程模拟—题目条件
流程设计规定如下所示：
环境保护协会（EPA）的污水标准：甲苯80ppm，甲醇60ppm，乙苯108ppm，苯乙 烯108ppm。 对于任何包含苯乙烯的精馏塔，塔底物流包含超过50%质量分数的苯乙烯时， 其温度不能超过145℃，以最大程度பைடு நூலகம்少苯乙烯聚合。
苯乙烯生产工艺流程Aspen Plus模拟
一、工艺流程分析
一、工艺流程分析
通过对该工艺流程的分析，本流程存在多个循环物流， 由于循环物流的组成未知，若直接从进料开始一步一步进行建 模，使得流程收敛出现极大困难，所以我们首先对流程进行分 块模拟，最终建立一个完整的流程。经过分析，我们将流程分 为7部分。
二、Aspen Plus流程模拟—题目条件
甲醇精馏塔：甲醇精馏塔的进料被降压、加热成145kpa下的饱和液体。甲醇精馏 塔的塔顶产品是循环甲醇，塔底物流是污水，并最终在常温常压（25℃，1atm）下 排出。甲醇精馏塔35块理论板（不含冷凝器、再沸器），塔顶压力135kpa，再沸器 压力180kpa，冷凝器压降10kpa，再沸器压降10kpa，进料位置第10块板(反应器进料 温度为465、480、495℃时)、第15块板(反应器进料温度为510、525、540℃时)。
二、Aspen Plus流程模拟—模型建立
SM.1-苯乙烯反应单元：该单元主要是一个RStoic反应器，由于入口物流组成 未知，可以根据给定温度下反应器的数据和产品苯乙烯产量，反算进料甲苯和 甲醇（等摩尔）的流量。进料条件估算原理与步骤详见附录。
SM.2-反应器流出物减压冷却部分：在SM.1的基础上继续添加模块，该单元主 要包括了一个换热器和一个三相分离器，通过该单元将将反应产物分为气相、 水相和有机相。
SM.7-苯乙烯单体净化部分：甲苯精馏塔塔釜物流经减压阀、换热器进入苯乙 烯精馏塔，苯乙烯精馏塔先经过简捷计算，然后进行严格计算，调整甲醇进 料，保证苯乙烯产量，调整甲苯进料，保证进反应器甲苯、甲醇流量相等。
三、注意事项



每一个精馏塔都要先经过简捷计算得到基本设备参数后再进 行严格计算； 模拟过程中要不断调整进料初值，保证苯乙烯产率，并且要 及时更新初值，以便加速收敛； 模拟后期，由于存在多层循环，可通过手动调整使其接近目 标值，然后软件自动调整达到目标值的策略，以减少迭代次 数，加速收敛。
四、附录
反应器进料条件估算原理与步骤：
对于反应部分，由于进料条件未知，首先根据（转化率=总转化率×产率）计 算出生成主产品苯乙烯以及副产品乙苯的摩尔转化率，然后根据所需的苯乙烯产量 初步预测一个进料甲醇与甲苯摩尔流量值（甲醇、甲苯等摩尔进料），然后利用 Aspen Plus添加设计规定，调节进料流量，保证苯乙烯的产量。然后根据工艺条件 分析可知，进料温度465～540℃，进料压力为400kPa。下面以进料为495℃为例， 对计算步骤进行详细介绍。 根据已知条件得知，495℃时苯乙烯的摩尔转化率为0.5878，乙苯的摩尔转化率 为0.1212，苯乙烯产量250000吨/年（年开工周期为8320小时）。
SM.3-甲醇回收单元：在SM.2的基础上添加设计规定，调节混合进料流量，以 保证出三相分离器中有机相的苯乙烯含量。水相在进入甲醇精馏塔时需先经过 减压阀和换热器，调节物流温度压力到合适的值。甲醇精馏塔的数据需依据轻 组分在釜液中的质量分率和重组分在馏出液中的摩尔分率由简捷算法确定。
二、Aspen Plus流程模拟—模型建立