苄基甲苯设计核算报告.pdf

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1、1一、目的及要求一、目的及要求1、了解苄基甲苯及其反应生成物的理化性质；2、会较熟练使用 Aspen plus 模拟软件；3、学会设计方案。二、背景二、背景苄基甲苯油即单苄基甲苯(MBT)和双苄基甲苯(DBT)苄基甲苯油即单苄基甲苯(MBT)和双苄基甲苯(DBT)，目前主要应用于新型电力电容器和高温导热油。导热油作为热载体应用于工业生产已有 50 多年的历史。近年来对耐高温(350)导热油的需求与日俱增，而一般矿物油不能在如此高温下使用，这就要求合成导热油以满足要求。2苄基甲苯是一种性能优良的高温导热油，它具有沸点高、粘度低、物化性能稳定等特点，可在 350下使用。以 HZSM-5 作为该反应

2、的催化剂。当反应温度 125，催化剂质量浓度 0.06g/mL，搅拌转速 800 r/min，反应时间 4 h，原料比 n 甲苯n 氯化苄=31时，主要产物为单苄基甲苯(MBT)，而 n 甲苯n 氯化苄=32 时，主要产物为双苄基甲苯(DBT)。不但能通过调节投料比来调节单苄基甲苯和双苄基甲苯产物的比例，而且洗涤过程中消耗碱量极少，对环境几乎无污染，转化率达 90%。合成:称取一定量 HZSM-5 和甲苯，混合加热到 100，开始缓慢滴加氯化苄，滴加完毕后持续加热 4 h，反应过程中检测 HCl 的生成，并用氢氧化钠溶液吸收 HCl。洗涤:将反应物物冷却，过滤，加入 10%NaOH 溶液洗涤，

3、以消除反应后液体的酸性，使产物便于分离；然后，用去离子水洗涤 2 次即可进行分馏。分馏:分馏时先在115左右分馏出过量甲苯;然后在170220范围内分馏出 MBT，最后在 220 300范围减压分馏出 DBT（三塔流程，本新工艺采用两塔流程）。在回流温度下，氯化苄的转化率最高，在 HZSM-5 催化下，转化率达到 90%。三、设计要求三、设计要求1、流股物料表序号组分分子式分子量沸点密度1 号流股4 号流股kg/m3摩尔流量kmol/h摩尔分数%摩尔流量kmol/h摩尔分数%1甲苯C7H892110.786611.09073.49002二甲苯C8H101061408600.1050.7003氯

4、苄C7H7Cl126.5179.411000.050.330034一苄基甲苯(MBT)C14H141822809942.83818.812.82673.775二苄基甲苯(DBT)C21H2027239110420.9436.250.94224.596三苄基甲苯(TBT)C28H26362479.510530.0630.420.0631.64合计15.0911003.851100流股状态温度 压力 kPa60常压液相18085液相Toluene 甲苯P-Xylene 对二甲苯（忽略对、间、邻二甲苯之间的性质差异，以对二甲苯输入）Benzyl Chloride 氯苄MBT 一苄基甲苯DBT 二苄基

5、甲苯TBT 三苄基甲苯Benzyl-toluene；苄基甲苯（MBT）monobenzyltoluene,单苄基甲苯（DBT）benzyl methylbenzylbenzene,苄基甲苄基苯（TBT）2、模拟条件及说明无法获取苄基甲苯的气液平衡数据时，可利用官能团加和法对苄基甲苯的物性数据进行估计。参考 chemCAD/Aspen plus，“help”对于缺乏实验数据的物质，chemCAD 默认并且只能用“UNIFAC”来估算 K值。流股流股 1：在 101.325 kPa 下常压精馏，塔顶压力为 101.325 kPa，压降为 10 kPa，原料的气相分率为 0.967，甲苯回收塔塔顶冷

6、凝器热负荷-1093.15 MJ/h，设定塔釜重关键组分一苄基甲苯(MBT)摩尔流率，2.826 kmol/h。设备设备 2 换热器：换热器：4设置冷却器物料出口（流股 4）温度 180 度。设备设备 3 减压精馏塔：减压精馏塔：减压精馏 1.5 kPa，压降假设 0.1 kPa，塔顶轻关键组分二苄基甲苯(DBT)，0.9431 kmol/h，减压精馏塔的再沸器热负荷假设 1100 MJ/h。3、模拟计算要求各塔总塔板数和进料板数各塔温度分布图各塔液相组成分布图列出各塔计算过程的参数讨论影响总塔板数和进料板数的诸因素整理计算结果并写出模拟计算报告。四、苄基甲苯精馏过程简捷计算四、苄基甲苯精馏过

7、程简捷计算1、流程图2、简捷模拟计算结果（1）、DSTWU1 计算参数5（2）、DSTWU2 计算参数（3）、流股模拟结果123FEEDTADITADINGTemperature C112.5287.318060294.3125.66PressureN/sqm101325101325150010132516001500Vapor Frac000.767000Mole Flowkmol/hr11.2213.873.8715.0910.0653.805Mass Flowkg/sec0.2880.2220.2220.510.0060.215Volume Flow cum/sec002.070.001

8、00EnthalpyMMBtu/hr0.2840.6630.6540.5120.0220.393Mass Flowkg/secC7H80.2830.0010.0010.28400.001C8H100.003000.00300C7H7CL0.002000.00200MBT00.1430.1430.14300.143DBT00.0710.0710.07100.071TBT00.0060.0060.0060.0060Mass FracC7H80.9830.0030.0030.55700.003C8H100.011000.00600C7H7CL0.0050.0010.0010.00400.001MBT

9、0.0010.6460.6460.28100.665DBT00.3220.3220.140.0220.331TBT00.0290.0290.0120.9780Mole Flowkmol/hrC7H811.0680.0220.02211.0900.022C8H100.1040.0010.0010.10500.001C7H7CL0.0430.0080.0080.05100.008MBT0.0062.8322.8322.83802.832DBT00.9440.9440.9440.0020.942TBT00.0630.0630.0630.0630Mole FracC7H80.9860.0060.006

10、0.73500.006C8H100.009000.00700C7H7CL0.0040.0020.0020.00300.002MBT0.0010.7320.7320.18800.744DBT00.2440.2440.0630.0290.248TBT00.0160.0160.0040.9710五、苄基甲苯精馏过程严格计算五、苄基甲苯精馏过程严格计算1、流程图72、严格模拟计算结果（1）、各塔参数RADFRAC：8RADFRAC1：（2）、流股模拟结果912345FEEDTemperature C115.7300.1180139.2157.560PressurekPa101.33101.331.51

11、.51.5101.33Vapor Frac000.633000Mole Flowkmol/hr12.2652.8262.8260.9431.88315.091Mass Flowkg/sec0.340.170.170.0480.1220.51Volume Flow cum/sec001.247000.001EnthalpyMMBtu/hr0.3770.530.4790.0870.2590.512Mass Flowkg/secC7H80.28400000.284C8H100.00300000.003C7H7CL0.00200000.002MBT0.0520.0920.0920.0480.0440.

12、143DBT00.0710.07100.0710.071TBT00.0060.00600.0060.006Mass FracC7H80.83400000.557C8H100.00900000.006C7H7CL0.00500000.004MBT0.1510.5420.54210.3630.281DBT00.420.4200.5850.14TBT00.0370.03700.0520.012Mole Flowkmol/hrC7H811.09000011.09C8H100.10500000.105C7H7CL0.05100000.051MBT1.0191.8191.8190.9430.8762.83

13、8DBT00.9440.94400.9440.944TBT00.0630.06300.0630.063Mole FracC7H80.90400000.735C8H100.00900000.007C7H7CL0.00400000.003MBT0.0830.6440.64410.4650.188DBT00.3340.33400.5010.063TBT00.0220.02200.0330.004（3）、各塔温度分布RADFRAC：10RADFRAC1：（4）、各塔液相分布图RADFRAC：11RADFRAC1：六、模拟结果分析六、模拟结果分析从 Aspen 模拟过程可以看出影响精馏操作主要因素有：进

14、料组分、回流比、进料温度、撘径、物料的回收率、压力等等。但主要因素有如下几点：（1）进料组成各种物料的理化性质各有差别，熔点、沸点、形态、黏度等各不相同。所以，当物料进入精馏塔时，对塔有影响，在操作时候也有影响。在 ASPEN 中，有汽化分率（Vapor fraction）一栏选项，及在进料时候气液组成的影响。(2)回流比对于一定的分离任务要求，应选择适宜的回流比。从 ASPEN 模拟软件可知：当调节回流比大小这个参数时，计算所得塔板数，回流比等数据各不相同。例如在简单模拟计算中，塔 1 实际回流比小于塔 2 实际回流比，因此为达到分离要求任务，两个连续的精馏塔回流比不相同，相应的精馏塔板数也

15、各不相同。从模拟上得到结论：回流比越大，所需要的理论板数就越少，在板数不变的情12况下，生产达到的产品质量就越高。从塔操作上来说，回流的作用是提供整塔操作的冷源，；但无论多大的回流，对操作来说都是一种返混，当对产品的调节能力大于返混影响的时候，增大回流是对生产有利的，当对产品的调节能力小于返混影响的时候，增大回流不但不能增大产品纯度，反而会影响产品质量。操作中精馏塔的分离能力，主要取决于回流比的大小。增大回流比，就可提高产品纯度，但也增加了能耗。（3）进料温度进料温度改变意味着进料状态改变，而后者的改变将影响精馏段、提馏段负荷的改变。所以当进料温度降低，将增加塔底蒸发釜的热负荷，减少塔顶冷凝器

16、的冷负荷。进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少塔底蒸发釜的热负荷。当进料温度的变化幅度过大时，通常会影响整个塔身的温度，从而改变气液平衡组成。（4）压力塔的设计和操作都是基于一定的压力下进行的，因此一般的精馏塔总是先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的的操作将产生很多影响。比如：影响产品质量和物料平衡；变组分间的相对挥发度；改变塔的生产能力等等。但是只有在塔的正常操作受到破坏时，才可能出现类似情况。所以，压力对精馏操作影响较大。（5）物料的回收率根据精馏塔物料衡算可知，对于一定的原料液流量 F 和 xF，只要确定了分离程度 xD 和 xW，相应的溜出液流量 D 和釜残液流量 w 也就随之确定。所以当改变轻重组分回收率这个参数，Aspen 模拟结果中精馏塔塔板数，进料板等结果都会发生相应的改变。当能耗一定时，物料回收率增加，产品纯度相应降低，这样意味着精馏塔塔板数降低，达不到实际分离效果，但是当物料纯度一定时，随着能耗增加物料回收率也随着增加。13