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摘 要

如何根据连续化工过程整厂控制的要求，设计出能够按照期望的运行工况，即安全又经济，且满足环保和质量的要求的过程控制系统，对于炼油厂或乙烯厂等的正常运行来讲是一个很关键的环节。本文基于甲苯加氢热解法（HDA）脱烷基制苯过程，通过使用Aspen plus以及ASPEN HYSYS等软件进行流程动静态模拟。反应段主要包括混合器，换热器，反应器等模块。稳态模拟后，与原始数据进行对比，进行对比分析。

稳态模拟的结果作为ASPEN HYSYS软件进行动态模拟的初始参数，添加动态仿真所需的PID控制器，调节控制器的参数，设定设备尺寸，确定阀门参数，最终能够使系统能够达到稳定状态。通过加入扰动量，检验系统具有一定的抗干扰能力，控制器调解效果较好。

联调后在各扰动变量的波动范围为其名义值的±10%～±20%的条件下，完整的HDA连续化工过程（包括反应段和分离和提纯段）仍然能够正常运行。对系统添加不同的扰动，改变反应器进口温度以及甲苯摩尔流率， 观察分析对苯产品的影响。

关键词：HDA；静态模拟；ASPEN HYSYS ；动态模拟；PID控制器

HDA continuous chemical process in the reaction zone and the case studies of static and dynamic simulation

Abstract

It is a key link that how the continuous chemical process control requirements of the whole plant, designed in accordance with the desired operating conditions, that is safe and economical, and meet environmental requirements and quality process control systems for oil refineries or ethylene plants and other terms of the normal operation.It is based on HDA to use Aspen plus and ASPEN HYSYS to finish tatic and dynamic process simulation.

The reaction section includes a mixer, heat exchangers, reactors and other modules. After steady-state simulation,data will be compared and analyzed. The result of steady-state simulation will be initial parameters of dynamic simulation software ASPEN HYSYS, add the required dynamic simulation PID controller tuning parameters of the controller, set the device size, determine the valve parameters, ultimately enabling the system to reach a steady state.

After the combination under the fluctuation range of each disturbance variable for its nominal value ± 10% ~ ± 20% condition, complete HDA continuous chemical process (including purification and separation and paragraphs reaction) remain operational. Add different system disturbances, change the reactor inlet temperature and toluene molar flow, then observe and analyze the impact of benzene products.

KEYWORDS: HDA; static simulation; ASPEN HYSYS; dynamic simulation; PID controller

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 苯和甲苯在石油化工的应用 1

1.2 甲苯和苯的来源 2

1.3 甲苯脱烷基制苯 2

1.3.1 甲苯脱烷基方法简介 2

1.3.2 甲苯催化加氢脱烷基 2

1.3.3 甲苯热脱烷基 3

1.4 Aspen HYSYS及Aspen plus在化工模拟过程的应用 4

1.4.1 Aspen HYSYS简介 4

1.4.2 Aspen plus简介 5

第2章 HDA反应段工艺流程稳态模拟 7

2.1 稳态模拟（以Aspen plus为例） 7

2.1.1 组分分析 7

2.1.2 反应段流程 7

2.1.3 物性方法选择 8

2.2 反应段各个模型 9

2.2.1 混合器Mixer和分流器FSplit 9

2.2.2 换热器HeatX 10

2.2.3 加热炉FUR和冷凝器COND 10

2.2.4 反应器Reactor 11

2.2.5 分离器Sep 12

2.2.6 流体输送单元 12

2.3 稳态结果 13

2.3.1 Aspen plus稳态结果 13

2.3.2 ASPEN HYSYS稳态结果 16

2.4 结果分析 19

第3章 HDA反应段动态模拟 23

3.1 ASPEN HYSYS动态模拟概述 23

3.1.1 概述 23

3.1.2 动态助手 23

3.1.3 流率和压力驱动 24

3.2 PID控制器 24

3.2.1 控制器简介 24

3.2.2 流率控制器 25

3.2.3 压力控制器 26

3.2.4 温度控制器 26

3.2.5 液位控制器 27

3.2.6 成分控制器 27

3.2.7 控制器设定值 28

3.3 设定设备尺寸以及阀门选型 28

3.3.1 设备尺寸 28

3.3.2 阀门参数 28

3.4 动态模拟结果 31

3.4.1 动态模拟 31

3.4.2 扰动分析对比 31

第4章 HDA联调动态扰动分析 35

4.1 反应器入口温度上升5 35

4.2 反应器入口温度下降9 37

4.2.1 温度改变 37

4.2.2 摩尔流率改变 39

4.2.3 反应段能量流改变 44

4.2.4 结论 45

4.3 甲苯toltot摩尔流率降低10% 47

4.3.1 摩尔流率曲线 47

4.3.2 温度曲线 52

4.3.3 热流率曲线 53

4.3.4 结论 54

第5章 结论 59

参考文献 61

致谢 63

绪论

苯和甲苯在石油化工的应用

苯和甲苯是石油化工中非常重要的化工原料。随着科学技术的飞速进步，人们对生活和文化的需求日益提高，促进了塑料、 橡胶、化学纤维等合成材料以及种类很多的有机溶剂、染料、香料、、化妆品、涂料农药、医药、添加剂、有机合成中间体等生产的快速发展。苯的最大用途是生产苯乙烯和环己烷，以及硝基苯、顺酐、氯苯、直链烷基苯等。甲苯可用作生产苯及二甲苯和许多其他化工产品的原料，如油漆、亮漆、清漆、粘合剂及油墨等。甲苯也经常用作稀释剂，树脂溶剂，化学及制造业所需的溶剂；尤其适合萃取及脱脂两工序，另外也是化学合成所用的原料。

苯

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