(完整版)甲苯加氢脱烷基化制苯

四川理工学院毕业论文Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制苯过程学生:＊＊＊学号:1＊**＊专业：化学工程与工艺班级：＊＊＊**指导老师：＊*＊＊四川理工学院材料与化学工程学院二〇一五年六月摘要本文基于甲苯加氢热解法（HDA）脱烷基制苯工艺，建立了Aspen Plus全流程模拟模型。

模型包括混合器、预热器、反应器、精馏塔等模块。

设定操作参数后,通过灵敏度分析工具对操作参数进行优化，提高了产品质量，降低了能耗。

通过对全流程模拟分析，提出了增加变压吸附(PSA）过程来回收循环气中氢气。

采用该过程后,循环气中甲烷含量大大减少，循环气中氢气质量分数达95%，高于原料氢气质量分数。

苯塔是分离工段能耗最大的塔，通过对苯塔进行热泵精馏技术的模拟应用,考察了热泵精馏的节能效果。

采用以塔顶气相为换热介质的塔顶气相压缩式热泵节能效果达74%。

采用以循环水为换热介质的闭式热泵节能效果达68%.结果表明热泵精馏技术是很有应用前景的节能措施。

关键词：HDA；Aspen Plus;优化；流程改造AbstractBased on the pyrolysis (HDA) process， the establishment of Aspen Plus simulation model of the whole process. The model includes a mixer, a preheater, reactor, distillation and other modules。

After setting the operating parameters， sensitivity analysis tool to optimize the operating parameters, improve product quality and reduce energy consumption.Through the whole process simulation analysis, the increase in pressure swing adsorption (PSA) process to be recycled and the hydrogen gas。

《化工工艺学》课程教学大纲课程名称：化工工艺学课程编码：18000029学时：48学时学分：3学分开课学期：第6学期课程类别：必修课程性质：专业必修课适应专业：化学工程与工艺先修课程：有机化学、物理化学、化工原理、化工设备机械基础、催化原理、化工热力学、化学反应工程等。

一.课程的性质、目的与任务本课程是化学工程与工艺专业的专业必修课，是在学完化工原理、物理化学、有机化学等基础课和技术基础课以后所开设的，是综合所学过的各门课程的基本原理，结合有机化学工业生产的特点，去组织生产工艺过程的一门课程，是理论密切联系实际的一门课程。

其主要目的和任务是，通过本课程的学习，使学生熟悉化学工业生产所用原料的来源与基本性质；熟悉各类基本反应的原理，熟悉各种化工操作单元，学会组织优化生产工艺流程，并具有一定的安全生产基本知识，在学习过程中，着重培养学生的分析问题和解决问题的能力。

二.本课程的基本要求第1章绪论了解基本有机化学工业生产的任务及其在国民经济中的重要地位；基本有机化学工业的四种原料；基本有机化学工业的主要产品。

第2章原料资源及其加工了解无机化学矿及其加工、石油及其加工、天然气及其加工、煤及其加工、生物质及其加工、再生资源的开发利用、空气和水第3章烃类热裂解熟练掌握热裂解过程的化学反应与反应机理：烃类热裂解的一次反应；烃类热裂解的二次反应；烃类热裂解反应机理与动力学。

熟练掌握烃类管式炉裂解生产乙烯：原料烃组成对裂解结果的影响；操作条件的影响；管式反应器的改进与急冷器。

掌握裂解气的净化与分离：概述；酸性气体的脱除；脱水与脱炔，；裂解气的压缩。

熟练掌握裂解气的深冷分离：顺式分离流程；优化分离流程的组织原则；乙烯分离的三种流程及其比较；脱甲烷塔及操作条件；能量的综合利用。

第4章芳烃的转化了解芳烃的来源；芳烃的供需和芳烃间的相互转化。

掌握芳烃转化反应的化学过程：主要转化反应及其反应机理；催化剂。

熟练掌握芳烃的歧化和烷基转移：甲苯歧化的化学过程；工业生产方法；掌握C8芳烃的分离和异构化：C8芳烃的分离；C8芳烃的异构化。

【苯】1.物化性质苯benzene，CAS No.71-43-2。

苯是一种重要的芳香族烃，有芳香气味。

相对密度0.879。

折射率1.5018，闪点10~12℃。

熔点5.5℃。

沸点80.1℃。

不溶于水，溶于乙醇，乙醚等许多有机溶剂。

燃烧时发生光亮而带烟的火焰。

蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.5%~8.0%（体积）。

苯是无色易燃液体，苯蒸汽比空气重有回火危险。

苯有毒，其蒸汽能被肺脏或皮肤吸收。

苯中毒是累积性的，它能积聚在血液和器官组织内。

苯是致癌嫌疑物质。

2.技术进展苯可以由含碳量高的物质不完全燃烧获得。

自然界中，火山爆发和森林火险都能生成苯。

苯也存在于香烟的烟中。

直至二战，苯还是一种钢铁工业焦化过程中的副产物。

这种方法只能从1吨煤中提取出1千克苯。

1950年代后，随着工业上，尤其是日益发展的塑料工业对苯的需求增多，由石油生产苯的过程应运而生。

现在全球大部分的苯来源于石油化工。

工业上生产苯最重要的三种过程是催化重整、甲苯加氢脱烷基化和蒸汽裂化。

2.1从煤焦油中提取在煤炼焦过程中生成的轻焦油含有大量的苯。

这是最初生产苯的方法。

将生成的煤焦油和煤气一起通过洗涤和吸收设备，用高沸点的煤焦油作为洗涤和吸收剂回收煤气中的煤焦油，蒸馏后得到粗苯和其他高沸点馏分。

粗苯经过精制可得到工业级苯。

这种方法得到的苯纯度比较低，而且环境污染严重，工艺比较落后。

2.2从石油中提取在原油中含有少量的苯，从石油产品中提取苯是最广泛使用的制备方法。

2.2.1烷烃芳构化重整这里指使脂肪烃成环、脱氢形成芳香烃的过程。

这是从第二次世界大战期间发展形成的工艺。

在500-525℃、8-50个大气压下，各种沸点在60-200℃之间的脂肪烃，经铂-铼催化剂，通过脱氢、环化转化为苯和其他芳香烃。

从混合物中萃取出芳香烃产物后，再经蒸馏即分出苯。

也可以将这些馏分用作高辛烷值汽油。

2.2.2蒸汽裂解蒸汽裂解是由乙烷、丙烷或丁烷等低分子烷烃以及石脑油、重柴油等石油组份生产烯烃的一种过程。

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《化工工艺学》一、填空题1。

空间速度的大小影响甲醇合成反应的选择性和转化率。

2。

由一氧化碳和氢气等气体组成的混合物称为合成气.3。

芳烃系列化工产品的生产就是以苯、甲苯和二甲苯为主要原料生产它们的衍生物。

4。

石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间、低烃分压。

5. 脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺水溶液吸附法。

6. 天然气转化催化剂，其原始活性组分是NiO,需经还原生成Ni 才具有活性.7. 按照对目的产品的不同要求,工业催化重整装置分为生产芳烃为主的化工型，以生产高辛烷值汽油为主的燃料型和包括副产氢气的利用与化工燃料两种产品兼顾的综合型三种。

8. 高含量的烷烃,低含量的烯烃和芳烃是理想的裂解原料。

9。

氨合成工艺包括原料气制备、原料气净化、原料气压缩和合成。

10。

原油的常减压蒸馏过程只是物理过程，并不发生化学变化，所以得到的轻质燃料无论是数量和质量都不能满足要求。

11。

变换工段原则流程构成应包括：加入蒸汽和热量回收系统。

12。

传统蒸汽转化法制得的粗原料气应满足:残余甲烷含量小于0。

5％、（H2+CO）/N2在2。

8~3。

1 。

13. 以空气为气化剂与碳反应生成的气体称为空气煤气.14。

低温甲醇洗涤法脱碳过程中，甲醇富液的再生有闪蒸再生、_ 汽提再生_、_热再生_三种。

15．石油烃热裂解的操作条件宜采用高温、短停留时间和低烃分压. 16. 有机化工原料来源主要有天然气、石油、煤、农副产品。

18. 乙烯直接氧化过程的主副反应都是强烈的放热反应，且副反应（深度氧化）防热量是主反应的十几倍。

19。

第二换热网络是指以_ _为介质将变换、精炼和氨合成三个工序联系起来,以更合理充分利用变换和氨合成反应热，达到节能降耗的目的.20. 天然气转化制气，一段转化炉中猪尾管的作用是21。

单位时间、单位体积催化剂处理的气量称为反应器空速。

22。

生产中根据物质的冷凝温度随压力增加而增加的规律，可对裂解气加压,从而使各组分的冷凝点升高,即提高深冷分离的操作温度,这既有利于分离,又可节约冷量。

化工过程分析和概念设计甲苯加氢脱烷基化制苯院系：化工学院专业：化学工程学生：李荷华指导教师：钱宇教授陆恩锡教授2001．6．1概念设计概念设计是依据开发性基础研究的结果、文献的数据、现有类似装置的操作数据和工程经验，按照所开发的新技术工业化规模而做出的预想设计。

其目标是寻找最佳工艺流程和估算最佳设计条件。

由于任何过程都可提出许多方案，而并非所有的方案都可行，所以在那么多方案中找到可行方案是一件很困难的任务。

分层次决策就是针对这个问题提出的，它能从众多方案中排除大量无意义的方案。

分层次决策法的做法是把设计问题简化为多层次的决策，借助这种方式可以把一个庞大而复杂的问题分解成许多小问题，处理起来回简单的多。

注意力集中在每一层次里所必须做的决策上，就可以辨明可用于解决该问题的已有技术，而无须排除某些新技术或许能提供的更好解决方法。

此外，通过列举我们所能提出的每一决策方案，就可以系统地产生出一张工艺替代的清单。

这种方法的要点是运用某种手段区分问题空间的重要信息和细节，借助于抽象空间的分层次规划法，逐级引入不同的细节，可以显著提高解决问题的能力。

此概念随时可以延伸到分层次的空间，每一级所处理的细节对只它下面的是层空间为少，又都比它上面的空间为多。

只有在较高层次的空间里，成功的规划充分地证明了它的重要性时，才考虑它的细节，这种分层次的搜索过程可以大大减少所需搜索空间的份额。

案例分析本例是甲苯的加氢脱烷基化制苯，有关的化学反应：反应条件：反应器进口的温度变化范围是1150℉（低于此温度时反应速度太慢）到1300oF(高于此温度时会产生大量的加氢裂化)，而且反应器的压力=500psia 。

需要用过量的氢（比值为5/1）来防止结焦，而且反应后的气体必须迅速冷至1150oF ，以免反应器后续的换热器内的结焦。

首先考虑该反应的选择性问题，所谓选择性指的是每转化一摩尔的甲苯能生成的苯的量，我们将选择性记为S 。

由文献知，该反应过程的选择性和转化率的关系如下表：1．用回归的方法处理以上这些数据，可得到转化率X 与选择性S 之间的关系：条件：气相、无催化剂。