利用ASPEN-PLUS模擬與分析異丙苯的制備與分離(共25頁(yè))

1、 利用ASPEN-PLUS模擬與分析異丙苯的制備與分離 Simulation and analysis by ASPEN-PLUS preparation and separation of the isopropyl benzene 一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù) 學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué) 生：胡清清 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教授：王水 北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一五年七月十七日目錄異丙苯制備及分離流程模擬.1一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.3 1、設(shè)計(jì)任務(wù).3二、流程設(shè)計(jì).4 2.1 物質(zhì)特性.5 2.2 設(shè)計(jì)思路.5三、完成輸入設(shè)定.5 3.1 setup設(shè)置.5 3.2 輸入組分.5 3.3 物性方法的選擇.6

2、 3.4 Streams的輸入.6 3.5 BLOCK的輸入.7 3.5.1 反應(yīng)器模塊的輸入.7 3.5.2 換熱器模塊輸入.9 3.5.3 精餾塔模塊輸入.10 3.5.4 閃蒸罐模塊輸入.10 3.5.5 泵的輸入.11四、模擬運(yùn)行.13五、靈敏性分析.16 5.1 換熱器出口溫度的靈敏度分析.18 5.2 閃蒸罐溫度的靈敏度分析.20 5.3閃蒸罐壓力的靈敏度分析.21 5.4精餾塔回流比的靈敏度分析.22六、確定工藝參數(shù).24七、心得體會(huì).25一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1、設(shè)計(jì)任務(wù)異丙苯制備與分離：學(xué)號(hào)1234567890分子異丙苯丙烯丙烷正丁烷正戊烷甲苯丙醇甲烷正戊烷苯因?yàn)槲业膶W(xué)號(hào)是20

3、12011084，包含數(shù)字0、1、2、4、8，由，該反應(yīng)流程含有物質(zhì) 苯、丙烯、異丙苯及雜質(zhì) 正丁烷、甲烷。所以由題目可知：進(jìn)料：苯C6H6 、丙烯C3H6-2 、正丁烷C4H10-1 、甲烷CH4反應(yīng)式：C3H6-2 + C6H6 = C9H12-2反應(yīng)產(chǎn)物：異丙苯C9H12-2由已知條件知：（1）進(jìn)口物料：壓力1.1atm 溫度120 流量：苯和丙烯各6kmol/s，其他組分分別為0.5kmol/s（2）反應(yīng)器：丙烯轉(zhuǎn)化率0.9，壓力降、熱負(fù)荷為：0（3）換熱器：壓力降 -0.1 atm（4）精餾塔：塔釜苯摩爾含量為0.001二流程設(shè)計(jì) 2.1物質(zhì)特性物質(zhì)分子式基本性質(zhì)熔點(diǎn)沸點(diǎn)丙烯C3H6

4、-2無色、無臭、稍帶有甜味的氣體，不溶于水-192-47.4苯C6H6無色透明液體，有芳香氣味5.51 80.1 異丙苯C9H12-2無色有特殊芳香氣味的液體-96.0152.4甲烷CH4無色、無味、可燃和微毒的氣體-182.5-161.5正丁烷C4H10-1無色氣體，不溶于水-138.4-0.52.2 設(shè)計(jì)思路根據(jù)合成及分離要求設(shè)計(jì)流程如下圖1所示： 圖1：異丙苯制備及分離工藝流程圖組成：整個(gè)流程包含五個(gè)部分:反應(yīng)器（REACTOR）、換熱器（HEATER）、閃蒸罐（FLASH）、泵（PUMP）及精餾塔（DSTWU）。物料流程：將原料投入反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng) 甲烷和正丁烷則不參與反應(yīng)，丙烯和苯在

5、反應(yīng)器的條件下反應(yīng)生成異丙苯 產(chǎn)物連同未反應(yīng)的物質(zhì)一同進(jìn)入換熱器中進(jìn)行冷凝 經(jīng)過冷凝器降溫后的混合物進(jìn)入閃蒸罐中進(jìn)行閃蒸 閃蒸后的氣相主要是雜質(zhì)甲烷和正丁烷，通過塔頂進(jìn)入其他工序，液相則經(jīng)泵加壓后進(jìn)入精餾塔中進(jìn)行分離 塔頂輕組分苯循環(huán)回到反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)，重組分異丙苯由塔釜作為產(chǎn)品排出。三.完成輸入設(shè)定3.1 setup設(shè)置在aspen plus界面中點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入圖2的設(shè)置頁(yè)面，命名為2012011084，選擇米制工程單位，其余均為默認(rèn)值，不做修改。圖2：SETUP設(shè)置界面3.2 輸入組分點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入如圖3所示界面，輸入甲烷，丙烯，正丁烷，異丙苯，苯五種物質(zhì)的化學(xué)分子式和對(duì)

6、應(yīng)的簡(jiǎn)稱。圖3：組分輸入點(diǎn)擊NEXT，再點(diǎn)擊ok，進(jìn)入下一個(gè)操作步驟。圖4：完成組分輸入3.3 物性方法的選擇點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入Properties輸入界面，選擇ALL，選擇PENG-ROB物性方法。(此張忘記截圖了)3.4 Streams的輸入點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入Stream輸入界面，按照設(shè)計(jì)要求輸入進(jìn)口無聊的溫度，壓力以及各組分的流率。具體輸入情況如圖5所示。圖5：Stream（FEED）的輸入3.5 BLOCK的輸入3.5.1 反應(yīng)器模塊的輸入點(diǎn)擊Next，進(jìn)入各BLOCK的輸入界面，根據(jù)題目要求，反應(yīng)器為絕熱的，所以Heat Duty為0，壓降為0。輸入情況如圖6所示圖6：反應(yīng)器

7、（REACTOR）模塊輸入點(diǎn)擊Next進(jìn)入Reaction選項(xiàng)卡，在界面中點(diǎn)擊New,新建名稱為1的反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：𝐶3𝐻6+𝐶6𝐻6=𝐶9𝐻12關(guān)鍵組分為𝐶3𝐻6，轉(zhuǎn)化率為0.9。具體輸入情況如圖7所示：圖7 反應(yīng)方程式的輸入3.5.2 精餾塔模塊輸入在精餾塔模塊中，確定全塔壓降均為1atm，回流比設(shè)定為1.8，并根據(jù)任務(wù)確定塔頂輕組分苯和重組分異丙苯的摩爾分率分別為0.999和0.001，輸入情況如圖8所示：圖8：精餾塔（DSTWU）模塊輸入3.5.3 閃蒸罐

8、模塊輸入根據(jù)分離要求，最終確定閃蒸罐壓力為0.1atm，溫度為22，輸入情況如圖9所示圖9：閃蒸罐（FLASH）的輸入情況3.5.4 換熱器模塊輸入設(shè)定換熱器的壓力降及出口溫度，出口溫度為30，壓力降為0.1atm，輸入情況如圖10所示：圖10：換熱器（HEATER）模塊輸入3.5.5 泵的輸入圖11：泵（PUMP）的輸入情況四、模擬運(yùn)行所有輸入完成之后，點(diǎn)擊Next按鈕確定輸入全部完成，然后運(yùn)行模擬程序，確定模擬結(jié)果沒有錯(cuò)誤，但有2個(gè)警告（經(jīng)過一整天的調(diào)試，這已是我調(diào)試出來最好的結(jié)果了，非常抱歉?。?。程序運(yùn)行結(jié)果如圖12所示：圖12：運(yùn)行結(jié)果換熱器模擬圖13：換熱器（HEATER）模塊結(jié)果反

9、應(yīng)器模擬圖14：反應(yīng)器（REACTOR）模塊結(jié)果精餾塔模擬圖15：精餾塔（DSTWU）模塊結(jié)果閃蒸罐（FLASH）模擬圖16：閃蒸罐（FLASH）模塊結(jié)果離心泵模擬圖17：離心泵（PUMP）模塊結(jié)果五、靈敏性分析根據(jù)工藝流程的要求，需要對(duì)過程的熱負(fù)荷進(jìn)行靈敏性分析。下面從換熱器（HEATER）出口溫度、閃蒸罐（FLASH）溫度、壓力和回流比四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行靈敏性分析。首先，從Date菜單上單擊Model Analysis Tool，然后選擇Sensitivity，創(chuàng)建S-1靈敏性分析。定義目標(biāo)變量：HEAT（換熱器所需熱量）、FLASH（閃蒸罐所需冷量）、REC（精餾塔再沸器熱量）、CON（精

10、餾塔冷凝器所需熱量）。如下圖所示：5.1 換熱器出口溫度的靈敏度分析在Vary選項(xiàng)卡中定義靈敏性分析自變量，自變量TEMP為HEATER的一個(gè)模塊變量，設(shè)定其變量最小值20（293K）和最大值50（323K），并且均分為30等份。如下圖所示:點(diǎn)擊Tabulate標(biāo)簽，進(jìn)入表格定制頁(yè)面，確定表格，輸出在第2列，結(jié)果為換熱器、閃蒸器和精餾塔的總能耗。如下圖所示：運(yùn)行后查看結(jié)果，如下圖：對(duì)上面結(jié)果進(jìn)行作圖，如下所示：5.2 閃蒸罐溫度的靈敏度分析按照前面的步驟進(jìn)行，接下來新建S-2分析， Define與Tabulate標(biāo)簽與S-1設(shè)置相同，如下：Vary設(shè)置如下：運(yùn)行后，查看結(jié)果如下：對(duì)作圖作圖，如

11、圖所示：5.3 精餾塔回流比的靈敏性分析同前面一樣，接下來新建S-3分析，Define與Tabulate標(biāo)簽與S-1設(shè)置相同，如下：Vary設(shè)置如下：運(yùn)行成功后，查看結(jié)果，如下圖：5.4 閃蒸罐壓力的靈敏性分析同理，接下來新建S-4分析，Define與Tabulate標(biāo)簽與S-1設(shè)置相同，如下：Vary設(shè)置如下：由于上述區(qū)間太大，作圖不夠精確。所以，我后來將區(qū)間改成0.7到1.5atm。此處忘記截圖了，請(qǐng)見諒。運(yùn)行成功后，查看結(jié)果，如下圖:對(duì)結(jié)果進(jìn)行作圖，如下：六確定工藝參數(shù)：根據(jù)靈敏度分析，盡可能節(jié)省能量，同時(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，選換熱器出口溫度為30，閃蒸罐壓力為0.1atm，溫度為22，精餾塔回流比為1.8。七心得體會(huì)為期一周的軟件設(shè)計(jì)課程已經(jīng)結(jié)束了，我花費(fèi)了一整天的時(shí)間呆在機(jī)房里，越不成功，我就越想成功。雖然只有一個(gè)星期的學(xué)習(xí)時(shí)間，我卻慢慢愛上了aspen這個(gè)軟件。這段期間有喜有憂，有歡呼聲，有嘆息聲，有煩悶，有驚喜。在這樣一次又一次的模擬運(yùn)行中，我得到的不僅僅是知識(shí)，更多的是對(duì)于所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。在設(shè)計(jì)模擬流程的過程中，遇到了很多的問題，一個(gè)不小心都會(huì)使運(yùn)行結(jié)果造成巨大的偏差，而如果是在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，就可能是一個(gè)大事故了。在這個(gè)過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)