化工系统模拟与优化
丁二烯和二氧化硫合成丁二烯砜的案例研究
0 输入信息
1. 反应信息
a. 可逆反应：
丁二烯＋SO2 丁二烯砜
?H R =－48,000Btu/mol , Keq=(6.846×10-11)exp[-36,940/T(0R)], k1=(8.172×1015)exp[-52,200/T(0R)], k1=k-1Keq[mol/(ft3·h)], 反应速率符合化学计量关系，并且采用CSTR反应器。 b. 反应条件：反应温度?90 0F , 反应器压力=150psia 。 c.假设反应的选择性为1：
丁二烯转化率?转化的丁二烯摩尔数?x
反应器进料中丁二烯摩尔数d. 反应动力学：反应在产品沸点下有显著的逆反应速率，这时应选择适宜的反应
温度、二氧化硫与丁二烯的摩尔比，不仅要求转化率高，还要求生产控制稳定、产品成本低，一般选择二氧化硫与丁二烯的摩尔比r =1.0，丁二烯的转化率为40%
e. 液相，无催化剂
2. 丁二烯砜产量：P丁二烯砜 = 80mol/h 3. 丁二烯砜的产品纯度：xD ? 0.985
4. 物化数据：一般需要的信息是分子量、沸点、蒸汽压、热容、汽化热、反应热、液体密度和逸度系数（或状态方程）。
5. 费用数据：SO2＝0.064$/mol，丁二烯＝6.76$/mol，丁二烯砜＝8.50$/mol，反应器的年均建设费是3150VR0.558[$/(ft3·a)]。
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1 间歇对连续
采用间歇操作颇为有利的因素 1．产率：
a．当产率低于10×106lb/a时，有时采用间歇； b．如果产率低于1×106lb/a时，一般采用间歇； c．多产品装置。 2．市场的力量： a．季节性生产； b．产品的生存期短。 3．放大问题：
a．反应的时间非常长； b．要处理低流速的浆料； c．快速结垢性的物料。
产率较低，约为0.17×106lb/a（操作时数按8150 h/a计），一般采用间歇，但根据反应的特点，决定选择一个连续的过程，操作费用和物流费用以年为基准，操作时数为8150 h/a 。
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2 流程图的输入－输出结构
2.1 流程图的输入－输出结构
1. 净化进料物流情况：不需净化进料物流。 2. 可逆的副产品情况：无可逆副产物。 3. 气相循环。
4. 产品物流的数目。所有组分的去向在表2.1中给出，只有一股产品物流。
表2.1 反应工段各组分去向 组 分 SO2 C4H6 C4H6SO2
初步的流程图见图2.1：
C4H6，SO2 C4H6
C4H6SO2 SO2 去 向 循环 循环 产品 图2.1 丁二烯制备丁二烯砜过程的输入?输出结构 2.2. 设计变量和物料衡算的步骤
可能出现在第2层次上的设计变量：对复杂反应有反应器转化率，反应物摩尔比，反应温度/或压力等；过量反应物的情况，过量反应物是指既不回收，又不是气体循环和放空的反应物。
正常情况下，可由设计变量开发总物料平衡的公式，而根本不必考虑任何循环流量。只要总方程式定义不足，就必须寻找一个或多个设计变量来完善该问题的定义，而这些设计变量总是对应于“主要的过程优化”问题。因此，最初的分析总是应该只集中于输入－输出的流量。
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开发总物料平衡的步骤： 1．从规定的产率入手
2．由化学计量关系求出副产物流量和原料需用量（以设计变量表示） 3．在反应物需要全部回收和循环的场合，计算进料物流内杂质的进口流率和出口流率
4．在反应物既不回收也不循环的场合（循环和放空或是空气或是水），以规定的过剩量表示，计算各反应物的出口流率
5．计算随第四步中的反应物流带入的杂质的进口流率和出口流率。
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