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图2.11 甲醇精馏塔设计参数示意图2
图2.12 甲苯精馏塔设计参数示意图1
图2.13 甲苯精馏塔设计参数示意图2
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从上面3张截图，我们可以看到精馏塔的主要设计参数，通过对这些参数的设计，可以将模拟过程顺利进行。上图中主要设计参数有：塔板数，进料塔板数，精馏塔压降，塔板压降，温度以及回流比等等。
2.3 甲苯甲醇烷基化法工艺流程模拟
将甲苯甲醇混合后，通入换热加热至指定温度400℃，再通入平推流反应器中。由于反应是放热反应，所以反应器R1出口温度较高，需要先降低温度再通倾析罐中。这里是采用换热器进行降温的。冷源可以选择由甲醇提纯阶段得到的水以及自来水组成。经过换热后的水已成为水蒸汽，可供暖。经过换热后的物料进入倾析罐，通过倾析罐我们可以除去产物中大量水分。
通过倾析罐后物料分成两股物流，即水相和有机相。由于水相中含有大量未反应的甲醇，可以经过提纯后在作为原料通入混合器中，节省原料支出成本。因此本工艺过程设有甲醇溶液闪蒸罐，用来将甲醇溶液浓度提高至可利用浓度下限之上。有机相则进入脱甲醇工段。有机相经过甲醇精馏塔后，甲醇由塔顶流出（作为初始反应物料回收），甲苯和二甲苯混合物料从塔底流出。由塔底流出的物料经泵加压后继续进入下一工段，甲苯-二甲苯精馏分离出甲苯，甲苯沸点较低由塔顶流出后回收。二甲苯沸点较高由塔底流出，由于其性质较为活泼，易燃易爆，所以应有保温设置，避免明火，直接导入二甲苯储存罐。其整个流程图如下图2.9所示。
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图2.14 甲苯甲醇烷基化法生产PX工艺流程图
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2.3 系统物料衡算
物料衡算是确定化工生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程，是化工工艺计算中最基本、最重要的内容之一。在化学工程中，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定主副产品的产率，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，便于技术人员对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，确定设备容量、数量和主要尺寸，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料核算[11]。毫不夸张的说，一切化学工程的开发和放大都是以物料衡算为基础的。
物料衡算的理论基础是质量守恒定理。它是研究某一体系内进出物料量及组成的变化。进行物料衡算时，必须先确定衡算的体系。对一般体系，均可用如下表示：
系统中的积累= 输入- 输出 + 生成 - 消耗 在稳定状态下有：
输入= 输出- 生成 + 消耗 特别地，当系统没有化学反应时，则可简化为： 输入 = 输出
本次设计目标产是年产30万吨对二甲苯，以一年运营8000小时计，每小时产量为37.5吨，即353.225kmol/h。由上述反应方程式我们知道，甲苯和二甲苯的反应比例为1:1，考虑到目标产物为对二甲苯，而PX的选择性为80%且甲苯纯度为95%，则甲苯的进料量为441.531 kmol/h。甲醇浓度为99%，则甲醇进料量为356.793 kmol/h。考虑到为使反应最大程度的进行，可以适当增大甲醇进料。
2.4 系统能量衡算
对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是确定设备的热负荷。根据设备的热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸[12]。确定传热所需要的加热剂或冷却剂的用量及伴有热效应的温升情况。对于已投产的生产车间，进行能量衡算是为了更加合理能量利用，以最大限度降低单位产品的能耗。
热量衡算是能量衡算的一种，在能量衡算中占主要地位。热量衡算的理论依据是热力学
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第一定律。能量守恒表达式如下：
∑Q入 = ∑Q出 + ∑Q损 即 输入=输出+损失
式中 ∑Q入：输入设备热量的总和；
∑Q出：输出设备热量的总和； ∑Q损：损失热量的总和。
对于连续系统：
Q + W = ∑Hout - ∑Hin 式中 Q：设备的热负荷; W：输入系统的机械能;
∑Hout：离开设备的各物料焓之和; ∑Hin：进入设备的各物料焓之和。
利用Aspen Plus软件对精馏塔进行能量核算，所得具体参数如表2.15所示。 塔名 甲醇精馏塔 甲苯精馏塔
Q -5.345 0.010
∑Hout 9.583 5.254
∑Hin 5.980 4.023
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从上述表格中，我们可以看出甲醇、甲苯精馏塔所需能量值均在合理范围内。
2.5 自控系统设计说明
本厂遵循“运行可靠、操作方便、技术先进、经济合理”的原则，根据工艺装置的生产规模、流程特点、产品质量、工艺操作要求，并参考国内外类似装置的自动化水平，对主要生产装置实施集中监视和控制；对辅助装置实施岗位集中监视和控制。设置全厂中央控制室，采用集散控制系统（DCS）和紧急停车系统（ESD）对全厂的生产装置及与工艺生产装置相配套的公用工程部分进行监控[13]。
现场仪表选型原则如下：
1) 选用符合工艺控制精度、灵敏度要求的高性能智能型仪表；