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1、PRO模拟年产8万吨苯乙烯生产装置工艺设计学生：孙可慧， 化学与环境工程学院化工系指导老师：路平，江汉大学化学与环境工程学院摘要苯乙烯是最重要的根本有机化工原料之一，目前工业生产装置止向大型化开展，对于国内现有小型装置进行改造，提高这些装置的经济效益，对于这些企业的生存和开展具有重要意义。本文总结了国内外主要的苯乙烯生产路线，对苯乙烯装置扩能改造的技术路线选择，设备方案进行了论述。详细论证了Smart工艺技术的原理及在装置改造中的应用。 为进一步降低能耗，实现能量的回收，对现有工艺进行改良及最优综合具有重要的实际意义。本文使用化工流程模拟软件PRO对现有苯乙烯生产工艺进行了模拟计算，对装置进行
2、了屡次的模拟优化。根据工艺流程，选用适宜的操作单元模块和热力学方法，建立过程模型进行稳态模拟计算。采用PRO流程模拟软件对流程进行了模拟，对工艺参数进行了优化，得到了适宜的操作条件。该套苯乙烯装置的模拟优化为国内同类装置的流程优化提供了经验。关键词乙苯；苯乙烯；氧化脱氢；PRO；Smart工艺；模拟优化Abstract Styrene MonomerSMis one of the most important organic chemicals. With the trend of plant size increasing, for the sake of survival and deve
3、lopment, the existing small scale SM plant need to revamp with feasible scheme. The paper summarized the main SM production technologies. The process selection and equipment plan of SM plant revamp has been discussed. Smart technology demonstrated in detail the principle and application of the trans
4、formation in the device.In order to reduce energy consumption, it is signification to improve and optimize the existing technology. In this paper, the industrialized production system of styrene is simulated by making use of the chemical engineering simulation software PRO.According to the whole pro
5、duction process, appropriate operation modules and thermodynamic methods were chosen, and the steady-state simulation model was established. Utilizing the process simulation software, the simulation was performed for the columns and operating parameters were optimized.The revamping and optimization
6、of this styrene unit for energy-saving purpose provide experiences for other domestic styrene units.KeywordsEthylbenzene ; Styrene; Oxidative dehydrogenation; PRO; Smart technology; Simulation and optimization目录1绪论11.1 PRO软件概述2原料、产物及副产物概述32工艺技术选择6生产方法选择6工艺流程选择73工艺原理10乙苯脱氢10氧化反响10热反响11蒸汽重整反响114物料衡算13
7、4.1工艺流程描述见附图134.2精馏局部物料衡算154.3反响局部物料衡算185 PRO模拟工艺流程设计21单元设备模块及物流组分2121256结论41致谢42参考文献43附图45附表461绪论苯乙烯SM是重要的根本有机原料之一，主要用于生产苯乙烯系列树脂如聚苯乙烯(PS)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、苯乙烯丙烯腈(SAN)以及丁苯橡胶(SBR)和丁苯胶乳等。在乙烯衍生物中，苯乙烯消耗乙烯的量仅次于聚乙烯、聚氯乙烯和环氧乙烷而居第四位1。世界上苯乙烯的生产方法主要有乙苯脱氢法、乙苯丙烯共氧化法、丁二烯合成法、甲苯甲醇合成法、乙烯苯直接偶合法、热裂解汽油抽提蒸馏回收法、苯乙酮法、甲苯甲烷合成
8、法等。乙苯脱氢法是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，其生产能力约占世界苯乙烯总生产能力的90。它又包括乙苯催化脱氢和乙苯氧化脱氢2种生产工艺2。目前Badger技术公司和ABB Lummus/UOP是提供乙苯脱氢工艺的两大技术授权者。虽然两者反响器和设备的设计不同，但是反响工序根本相同，现有装置生产能力在10万吨/年80万吨/年之间35。乙苯在高温和催化剂的作用下，发生脱氢反响生成苯乙烯。乙苯脱氢反响主要受化学平衡的控制，该反响为气相吸热反响，平衡常数随温度的升高而增加6。 Badger和ABB Lummus/UOP技术的乙苯脱氢工艺有两个串联的反响器，中间设有再热器。蒸汽在过热炉一段加热后，利
9、用中间再热器加热来自第一反响器的流出物。来自再热器的蒸汽在过热炉二段中加热后，再与来自进料/产物交换器的乙苯混合，然后进入第一反响器。在第一反响器中温降约为80，其流出物必须用再热器加热到所需进料温度。第二反响器流出物用于预热进料，然后在一台冷却水冷凝器中冷凝。通过简单的水/有机物别离后，烃混和物精馏得到最终产物苯乙烯，水循环产生较多的蒸汽 7,8。扩能改造过程中有三种技术可供选择：第一种是LummusUOP工艺；第二种是传统的FinaBadger工艺；第三种是采用UOP的Smart工艺。其中Smart工艺提高了乙苯的转化率，经过慎重的比拟，最终选定了UOP公司的Smart苯乙烯工艺作为本次设
10、计的方案。化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为根底，采用数学方法来描述化工过程，通过应用计算机辅助计算手段，进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析，作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年开展起来的一门新技术9。现在化工过程模拟软件应用范围更为广泛，应用于化工过程的设计、测试、优化和过程的整合10。PRO是一个能够完成新工艺设计，不同装置配置评估，优化和改良现有装置，依据环境评估，消除工艺装置瓶颈，优化产能、增进收益，适宜应用于化工复杂过程模拟的化工模拟软件。采用PRO流程模拟软件进行流程模拟，不需
11、要自己去建立数学模型及求解，这些工作已经由软件本身完成，要做的工作主要有11：1了解工艺流程；2确定主要单元操作模块，即选用适宜的单元操作代表实际装置中的设备或某种操作，模块和设备之间往往不是一一对应的；3建立信息流程图，用物流(STREAM)对模块进行连接；4确定循环物流，对流程进行分隔和切断；5根据物系特点选择热力学模型及求解方法；6输入必须的参数及必要的初值，进行模型求解；7对求解的结果进行深刻分析讨论，更好地指导生产实践。本次设计应用化工模拟软件PRO进行模拟设计Smart工艺乙苯脱氢制苯乙烯，以寻求适宜的工艺条件温度、压力、蒸汽量与乙苯用量比等和塔设备等。它可以节省过去由试验小试与中试探索最正确工艺条件所消耗的大量资金、时间和人力，还能够使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题，进行装置调优、流程剖析和过程综合，到达优化生产、节约资源、环境友好、提高经济效益的目的。Smar
