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苯高温分解

P9

应用举例苯的高温分解

本教程介绍以苯在活塞流反应器中的高温裂解反应为例,对AspenPlus进行了介绍。

以下

的三页将对该过程和相关数据进行详细说明。

联苯(C12H10)是工业生产中一种重要中间体,它的一种生产方法是由苯(C6H6)经高温裂解脱氢制得⑴。

在该过程中,还可能经过第2个反应式得到三联苯。

具体反应式如下:

⑴2C何二JH]厂比

(2)C6H6+C12HkC1£H14+H3

以符号表示上式中各项:

A=C6H6,B=C12H10,C=C18H14,D=H2

Murhpy,LambandWatson对这些最初由Kassell提出的相关反应进行了实验并对数据进行

了报导⑵。

在这些实验中,液相苯蒸发,加热到到反应温度然后进到活塞流反应器(PFR)。

品物流经浓缩后分析检测其中的不同组分,实验结果在表2中列出。

表2P=1atm下的实验数据

温度(°F)

流速

(lbmole/hr)

yA

yB

yc

yD

1400

0.0682

0.8410

0.0695

0.00680

0.0830

1265

0.0210

0.8280

0.0737

0.00812

0.0900

1265

0.0105

0.7040

0.1130

0.02297

0.1590

1265

0.0070

0.6220

0.1322

0.03815

0.2085

1265

0.0053

0.5650

0.1400

0.05190

0.2440

1265

0.0035

0.4990

0.1468

0.06910

0.2847

1265

0.0030

0.4820

0.1477

0.07400

0.2960

1265

0.0026

0.4700

0.1477

0.07810

0.3040

1265

0.0007

0.4430

0.1476

0.08700

0.3220

1265

0.0003

0.4430

0.1476

0.08700

0.3220

补充数据:

A=C6H6B=C12H10C=C18H14D=H2

反应管直径:

L=37.5in,D=0.5in

速率方程:

PE-P<:

PD

具体反应速率常数:

E,

枕〜gP(-方7)

E.

L=a2exp(———)

RT

平衡常数:

1/1

hlK-a=A,^-—+C*h

ln0二八岸+C個丁)一bT+ET

参数值:

E1=30190cal/mol

E2=30190cal/mol

A'

=-19.76

A''

-2=8.74

B'

=-1692

B''

=742

C'

=3.13

C''

=4.32

D'

=-1.63E-3

D''

-3=.15E-3

E'

=1.96E-7

E''

=5.0-87E

P=14.69595psi

R=1.987cal/mol/K

练习:

下面的AspenPlus应用指南中使用的是表1中的T=1400°,P=1atm的实验数据,在实验和模拟用的摩尔分率的百分数上由什么区别?

rd

[1]H.S.Fogler,ElementsofChemicalReactionEngineering,3ed.,p.77-79,PrenticeHall,NewJersey,1999.

[2]G.B.Murphy,G.G.Lamb,andK.M.Watson,Trans.Am.Inst.Chem.Engrs.,(34)429,1938.

流程图

我们开始创建流程图,从模型库(ModelLibrary)工具条的反应器模块(Reactorstab)中

选择一个反应器,加到流程窗口(ProcessFlowsheetWindow)。

内置的反应器模型有RSTOICH,

RYIELD,REQUIL,RGIBBS,RCSTR,RPLUG和RBATCH。

点击相应模型右边的箭头,会

出现不同的符号供用户选择添加到流程中。

^inlxi

ToolsRunFlowsheetLtbrar/WndowHelp

pgLBl现I卷I凹画卜"1・山1團圜圏

,!

□!

在展开的RPLUG模型符号中选择左下的符号,在流程窗口中所需的地方加入绘制一个矩形符号的反应器。

现在流程窗口将会有一个表示你的活塞流反应器的图标,如下图所示。

在AspenPlus的术语中称为块(Block),因此,这里默认的命名为B1.。

它有三种,物流(Material)、

 

选择了物流后,在流程图上从B1的左边的一点向B1画一条线。

当你靠近块时,你会发现有两个亮显的箭头,红色的表示必须连接到反应器(RPLUG)的进料(FEED)。

蓝色的表示可以选择的加热或冷却的流体进口。

选择红色箭头与你的进料流体连接。

物流默认命名为S1。

同样的将你的产品物流与块连接。

连接后,流程图将如下图所示。

注意,表示完成热量衡算所需物流的两个兰色箭头依然会显示。

因为这些物流是可选择的,所以我们可以继续进行以下的操作。

注意,状态信息已经从FlowsheetNotComplete转变成了RequiredInputIncomplete。

点击物流上的箭头图标可以将兰色箭头隐藏,而且可以根据用户的喜好在流程上移动和排列这些图标。

将物流和块排列成一行是有用的。

可以在流程窗口画一个大的矩形选择所有的图标,然后点击鼠标右键激活右键菜单,在这个菜单上选择AlignBlocks即可。

如果你没有选择所有的图

标而仅仅选了一个,那么激活的右键菜单是不一样。

你也可以对流程图上的对象改名。

首先选择想要改名的对象然后点击鼠标右键,激活右键

菜单,选择RenameBlock。

下图就是对块B1改名的操作

当我们将物流S1改名为FEED,S2改名为PRODUCT,块B1改名为REACTOR后,流程图窗口将如下图所示。

此时流程绘制部分已经完成,余下的输入条件将在输入表(InputForms)

中完成。

不论何时,当你对下一步要做什么不确定时最好的方式就是点击Next按钮。

巴T这个按钮会带你进行下一步操作或告诉你的输入中还缺少的数据。

'llII1AspenPluf-Simulation1

FileEditDataToolsRunHo^sheetLibraryWindowHelp

gjgLgl剧Bd钏回囲囱吋I紹编YIG也旦—

到此我们已经知道,流程图已经完成,但是要求的输入条件还没有完成。

记住,如果不确

定怎么做就点击Next按钮

组分的输入

点击后会出现一个信息对话框,显示下一步输入操作,点击ok会进入数据浏览窗口(Data

Browser)的组分(Components)表页。

按要求将上图中所有的表格填满。

组分ID(ComponentID)实际上就是组分的一个别名。

在这个问题中处理的组分很简单,因此我们直接用他们的分子式做组分ID。

从这些组分ID,AspenPlus会自动填写名称(name)和分子式(formula)栏。

但是第四个组分会出现问题,因为同一个分子式有三个同分异构体:

间位(Meta-)、对位(Para-)和邻位(Ortho)三联

苯。

对第四种组分选择另一种提示方式,在名称栏键入TERPHENYL,出现如下的对话框:

选择M-TERPHENYL,点击添加(Add),然后关闭对话框。

此时输入表格将会如下图所

 

兰色的检查标记表明这一表页所必须的输入条件已经完成。

现在,点击Next钮则会带用户

进入下一个输入表页。

但是,让我们首先在Setup部分修改一下AspenPlus的默认选项。

因此

在数据浏览窗口关闭Components表页,打开建立Setup表页。

o

Male

r

Sidliq.volume

InputComplete

虽然是可选项,但是给你的项目一个名字和描述是一个不错的主意。

下两页的图给出这两项输入的参考。

Setup输入表页

对用户很有用的一个选项是输出选项(ReportOptions)。

下图是我的选择

.inixi

3>>\制鳖|M>|

'/StreamProper^|ADA

两Sortttr&jmtalphanumerical^

頂Camponenljwithserofloworftaction

Propert})SetsCompoi>entAttributes

BatchOperation

SiflDpflerrientaiiJStream

Piinlthe$t^ndard址乍amreport.5upplemenlar)jreportsm即sliHbeg&nefated

M\UR

S5etupReportOptions-DataBruwiser

(•Standard{SOcclumn)广Wide(132coliinnn)

ReportOptions

TFF:

|FULL

Fractionba$i$

17Mole

General|Flowsheet|Block

厂Maw

|~SId.liq.volume

Stteamforrnat

IncludeStreamsIExcludeStiearris

习e|*|«|[^i

Ed』Setup

❹Specfications

◎SimulationOptions

Stream

■+'.口SubstreamsE-3/5UnitsSets

®ReportOptions

H总Coniponentsi+:

Properties|±]Streams1+1Ebcks国口Reactionsi+iQjConvergence■+'___|Fbwshe&tintgOptions&J口ModelAnalyasTools!

+;二|RequiteSummary

Illi1AspenPlus-diphenyl.apw

*Senerarteastandardstreamreport

humiiHii■■■■■■Miiia■■■■■;■■■■■■*■■■■niMiiMiKimminimmiBimlBamiKHitem?

to旳includedin毗amispcut「Flow应因

□|^|Q|埶打圈(®|利

亦念

晦奄]“|N*||亜|

►I«>

I

FilsEdit?

iewDataToolsRunPlotLibraryWindowHelp

2d

Separatcus

HeatEwchanger^

Columm]Reactors

Pressure匚hanaers]*I

Mixers/SplittcES

STREAMSMixet

FSplitSSpIft

ForHelp,pressFl

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