1、實驗3環己烷的生產化工系2010011811 畢嘯天1. 實驗內容環己烷可以用苯加氫反應得到,反應如下:C6H6 + 3 H2 = C6H12在進入固定床接觸反應器之前,苯和氫氣進料與循環氫氣和環己烷混合。假設苯轉化率為99.8%。反應器出料被冷卻,輕氣體從產品物流中分離出去。部分輕氣體作為循環氫氣返回反應器。從分離器出來的液體產品物流進入蒸餾塔進一步脫除溶解的輕氣體,使最終產品穩定。部分環己烷產品循環進入反應器,輔助控制溫度。1.1 靈敏度分析目的:用靈敏度分析研究環己烷流程中循環流率的變化對反應器負荷的影響。A:當LFLOW中的循環分流分率從0.1到0.4改變時,繪制反應器負荷(模塊REA

2、CT隨之變化的曲線。B:除改變循環分流分率外, 把苯轉化率從0.9 改變到1.0,制成反應器負荷表,繪制參數圖,顯示反應器負荷對循環分流分率和苯轉化率的依賴關系。1.2 設計規定目的:對于環己烷用流程,采用設計規定,通過改變循環流率確定反應器熱負載。環己烷生產流程是現有裝置的一個模型。圍繞反應器的冷卻系統能夠處理的最大負荷為 4.7 MMkcal/hr。確定所需的循環環己烷量以保證該反應器的冷卻負荷為該量。 2. 實驗流程 按原題要求作出Aspen中的流程圖如上圖所示。 輸出各物流量如上表格所示。3.1 靈敏性分析3.1.1 循環分率對反應器負荷的靈敏性分析以下研究當LFLOW中的循環分流分率

3、從0.1到0.4改變時,反應器負荷隨之變化的曲線。設置因變量反應器負荷,type Block-Var, Block REACT, Variable QCALC, Sentence PARAM。設置自變量循環分率,type Block-Var, Block LFLOW, Variable FLOW/FRAC, ID1 CHRCY,上下限分別為0.1與0.4,步長0.02.16 0.4 -4.6209534 3.1.2 結果分析從圖像上的趨勢可以看出,循環分流分率從0.1-0.4變化時,反應器的熱負荷會隨著循環分流分率增加而增加,幾乎呈線性關系。在此工藝中,分離器流出的循環環己烷物流溫度是50&#

4、176;C,而混合器的溫度是150°C,反應器溫度高達200°C。因此環己烷循環的作用實際上是調控反應過程的溫度。對于一個穩定的反應,單位時間內放出的熱量是一定的,因此當環己烷循環量增加時,反應器冷卻功能就減弱了,熱負荷會增加。環己烷的冷卻效應和反應器自身冷卻是相加關系,因此線性性較好。3.1.3 增加苯的轉化率的靈敏性分析除改變循環分流分率外, 把苯轉化率從0.9 改變到1.0,制成反應器負荷表,繪制參數圖,顯示反應器負荷對循環分流分率和苯轉化率的依賴關系。增加第二個自變量, type Block-Var, Block REACT, Variable CONV, Sent

5、ence CONV。上下限分別是0.9與1,步長0.1. Aspen 環己烷的生產 化工系 畢嘯天 2010011811 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 0.9 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1

6、 -4.3582226 -4.406696 -4.4553936 -4.5042347 -4.553236 -4.6025416 -4.652028 -4.7019852 -4.2168164 -4.2641953 -4.3115864 -4.3590667 -4.4066633 -4.4543725 -4.502182 -4.5501416 -4.5983075 -4.6468288 -4.6955372 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 0.38 0.38 0.38 0.3

7、8 0.38 0.38 0.38 0.38 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 0.9 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 -4.3562548 -4.3967617 -4.4371965 -4.4775769 -4.5179188 -4.5582582 -4.5986147 -4.6390375 -4.2348851 -4.2747008 -4.3143788 -4.3539213 -4.3933626 -4.

8、4327137 -4.4719854 -4.5112057 -4.5504008 -4.5896019 -4.6287919 根據表中數據畫出反應器熱負荷受雙重因素影響的參數圖如下： 3.1.4 結果分析 根據 11 條曲線的高低可以判斷，轉化率越高，反應器負荷越低。其中轉化率 0.93，即 粉紅色三角坐標的線較為特殊。在這一條線上方的曲線斜率為負，下方的斜率為正。即說明 轉化率低于 0.93 時，反應器負荷與環己烷循環分率呈負相關，而當轉化率高于 0.93 時，反 應器負荷與環己烷循環分率呈正相關。 此反應放熱，因此轉化率越高，單位反應進度的放熱量越多。如果固定環己烷流量，則 需要冷卻裝置吸

9、收更多的熱量以維持溫度，因此熱負荷降低。即表現為負相關性。 6 Aspen 環己烷的生產 化工系 畢嘯天 2010011811 關于轉化率 0.93 的問題，比較復雜，我的知識無法討論。 4. 設計規定 對于環己烷用流程，采用設計規定，通過改變循環流率確定反應器熱負載。環己烷生產 流程是現有裝置的一個模型。圍繞反應器的冷卻系統能夠處理的最大負荷為 4.7 Mkcal/hr。 確定所需的循環環己烷量以保證該反應器的冷卻負荷為該量。 在 Flowsheeting Options/Desigh Spec/中，輸入目標變量為反應器熱負荷，自變量為循環 分流分率。運行得到結果如下表。 Variable Initial value Final value Units MANIPULATED READUTY 0.19209431 -4.7000978 0.19209431 -4.7000978 GCAL/HR 結果說明，環己烷循環分率為 19.21%左右時，