流程模拟在合成甲烷反应中的应用

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1、流程模拟在合成甲烷反应中的应用刘晨光摘要：在一定的条件下，用水蒸气与含有CO和H2的混合气体反应，制取CH4。通过使用PRO/II流程模拟软件对合成甲烷反应进行流程模拟，在经过设计流程图、添加组分与数据输入、运行程序、数据输出步骤之后，得出的结果与实际生产基本吻合，得出其有效性的结论。与传统的方法相比，其具有节省资金、节省时间、准确高效的优点。关键词：流程模拟；合成；甲烷ApplicationofProcessSimulationontheSyntheticofMethaneLiuChenguangAbstract:Ingivenconditions，andsteamwit

2、hamixtureofgasesCOandH2,produceCH4.ThroughtheuseofPRO/IIProcessSimulationsoftwareonthesyntheticofmethane，Inaflowchart，thedesignanddataentry,andaddcontenttoruntheprogram,thedataoutputprocess，theresultstoactualproductioncoincide，theeffectivenessofitsconclusion.Withthetraditionalmethodthathas

3、tosavemoneyandsavetime，accurateandefficiently.Keywords:ProcessSimulation；Synthetic；Methane化工生产过程是一个非常复杂的过程。因为其既有化学反应，乂有物理反应，并且两者时常同时发生，相互影响；既有流体，又有固体，时常多相共存；反应设备的几何形状各异，填充物种类繁多，流动边界复杂且难以确定和描述。由于化工生产过程的这些特点，使得解析和研宄方法在工程实际应用过程中往往失效，理论计算值与实际结果有很大的偏差。化学工程初期的主要方法是经验放大，通过多层次的、逐级的扩大的试验，探索放大的规律。这种

4、经验方法耗资大、用时长、效果差，很难满足人们的需要。直到20世纪，又有了相似论、量纲分析、数学模型等方法，才使化学反应工程领域的解析和研宄有了长足的进步。伴随着汁算机技术的发展和成熟，流程模拟在化工生产领域屮的应用才成为可能，并发挥着越来越重要的作用。化工生产的流程模拟是根据物料的压力、温度、流量、组成等有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，将一个由许多单元过程组成的化工流程用数学模型描述，然后在计算机上模拟求解，并通过改变各种有效条件得到所需要的结果。其屮包括人们最为关心的原料消耗、公用工程消耗以及产品的产

5、量和质量等重要数据。简言之，化工流程模拟就是在计算机上做实验，再现实际的生产过程。其优点是该过程不涉及实际的设备、管线、仪表的安装和改动，没荷能源的输入和输出，因而给化工方面的技术人员最大的自由度，在计算机上进行不同方案和工艺条件的探讨、分析和比较，从而更好的为生产服务。流程模拟技术不仅节省时间，也可节省大14:资金和安装、操作的人员，提髙产品的质fi和产fi,降低消耗。为企业的新产品开发、旧工艺的改造、生产上的瓶颈查找和改进提供有效的手段，发挥重要的作用。化工流程模拟技术H趋成熟和实用，商业化软件广泛出现于化工流程模拟中，其主要的代表有AspenPlus、PRO/II、C

6、hemCAD、Hysis、DESIGNII、ECSS等系统。这里以PRO/II作为流程模拟的工具，对合成甲烷反应进行流程模拟，并进行研宂。1.合成条件利用水蒸气与主要成分为co和h2（含有少量co2、ch4、沁及h2s）的混合气体混合并反应，通过co和h2來合成ch4。巾于甲烷的合成需要大量的H2,所以先通过一个转化反应器R1，利用其中的CO和比0来制备h2,反应方程式如下：CO+H2O—co2+h2该反应的平衡温距为50T,系统压降为5psi,热负荷力0。R1反应出LI的混合气体经过物流计算器将CO和比提纯，分离条件为：CO、H2、CH4、和N2在顶部的回收率为1;顶部出

7、料温度为45(fF;H20和C02的顶部回收率不大于0.01;H2S的顶部回收率不大于0.0001;底部出料温度为240T;整个物流分离器的压降为5psi。进料条件组分温度/°F压强/psia组分流率/(lbmol/h)h2o43534060.40co60034054.90h260034028.90co26003403.40ch46003407.10n26003404.40h2s600340().50反应分离器SC器R2反应器R1物流分离器的顶部流股进入甲烷生成反应器R2反应制备甲烷，反应如下：CO+3H2CH4+