異丙苯制備及分離流程(共24頁)

1、 異丙苯制備及分離流程模擬 Design and Optimization on the Isopropyl Benzene Technology Process一級學(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： 學(xué) 號：指導(dǎo)教授： 教授 北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一一年十二月三十日目錄 異丙苯制備及分離流程模擬.1一、設(shè)計任務(wù)與要求.31、設(shè)計任務(wù).3二流程設(shè)計.4三.完成輸入設(shè)定.53.1 setup設(shè)置. .53.2 輸入組分.53.3 物性方法的選擇.63.4 Streams的輸入. .63.5 BLOCK的輸入. .73.5.1 反應(yīng)器模塊的輸入. .73.5.2 換熱器模塊

2、輸入. .93.5.3 精餾塔模塊輸入. .103.5.4 閃蒸罐模塊輸入. .103.5.5 泵的輸入. .11四，模擬運行.13五靈敏性分析.165.1 換熱器出口溫度的靈敏度分析.185.2 閃蒸罐溫度的靈敏度分析.205.3閃蒸罐壓力的靈敏度分析. .215.4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. .24一、設(shè)計任務(wù)與要求我的學(xué)號為，包含0、1、2、7、8五個數(shù)字，對應(yīng)甲烷、丙烯、正丙醇、異丙苯、苯這五種原料，進(jìn)行異丙苯制備及分離學(xué)號1234567890分子甲烷丙烯丙烷正丁烷正戊烷甲醇正丙醇異丙苯正戊烷苯（1）進(jìn)口物料：壓力1.1atm 溫度120

3、C 流 量： 苯和丙烯各40kmol/s，其他組分分別為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 ：要求壓力為1atm （全塔）， 塔釜苯摩爾含量為0.0001二、流程設(shè)計根據(jù)合成及分離要求設(shè)計流程如下圖1所示：整個流程有五部分組成：反應(yīng)器（REACTOR）、換熱器（HEATER）、閃蒸罐（SEP）、泵（PUMP）及精餾塔（DSTWU）。原料（FEED）首先進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，丙烯和苯反應(yīng)生成異丙苯，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)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸后的氣相進(jìn)入其他工序，液

4、相經(jīng)泵加壓后進(jìn)入精餾塔中進(jìn)行分離，其中塔頂輕組分循環(huán)回到反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)，重組分異丙苯由塔釜排出，作為產(chǎn)品。圖1 異丙苯制備及分離工藝流程圖24三、完成輸入規(guī)定3.1 setup設(shè)置在界面中點擊，進(jìn)入如圖2所示界面，選用英制單位，其余均為默認(rèn)值。圖2 SETUP設(shè)置界面3.2 輸入組分進(jìn)入如圖3所示界面，輸入正丙醇 、丙烯、異丁烷、苯和異丙苯五種物質(zhì)。圖3 組分輸入 3.3 物性方法選擇進(jìn)入Properties輸入界面，選擇合適的物性方法，本次模擬選用RK-SOAVE物性方法。圖4物性方法的選擇3.4 Streams的輸入在物性方法確定之后，在Streams輸入界面按照設(shè)計要求輸入進(jìn)口物料的溫

5、度、壓力及各組分流率。注意各個參數(shù)的單位。如圖5所示：圖5物流（FEED）輸入3.5 Block的輸入3.5.1反應(yīng)器模塊輸入根據(jù)題目要求，反應(yīng)器為絕熱的，即Heat duty為0，壓力降為0。如圖6所示：圖6反應(yīng)器模塊輸入 接下來設(shè)置反應(yīng)方程式，點擊Reactions選項卡，在界面中點擊New.，新建反應(yīng)，方程式為：C3H6+C6H6=C9H12轉(zhuǎn)化率為0.9，關(guān)鍵組分為C3H6。 圖7反應(yīng)方程式輸入 3.5.2 換熱器模塊輸入設(shè)定換熱器的壓力降及出口溫度，出口溫度暫設(shè)定為38，壓力降0.1atm。如圖8所示：圖8換熱器模塊輸入3.5.3 精餾塔模塊輸入在精餾塔模塊中，確定全塔壓力均為1at

6、m，回流比設(shè)定為2，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0.0001。如圖9所示： 圖9精餾塔模塊輸入3.5.4 閃蒸罐模塊輸入根據(jù)分離要求，最終確定閃蒸罐壓力為0.02atm，溫度為29。如圖10所示： 圖10閃蒸罐模塊輸入3.5.5 泵的輸入離心泵的出口壓力設(shè)定為1atm，以便能夠?qū)⑽锪陷斔瓦M(jìn)精餾塔。圖11.離心泵模塊的輸入 四模擬運行在所有輸入完成之后，將程序進(jìn)行運行，運行過程沒有錯誤和警告，表示程序運行成功。程序運行結(jié)果及各模塊運行結(jié)果如下圖所示：圖12 運行結(jié)果 圖13 換熱器模塊結(jié)果圖14 反應(yīng)器運行結(jié)果圖圖15 精餾塔運行結(jié)果圖 圖16 閃蒸結(jié)果輸

7、出五靈敏性分析根據(jù)流程工藝的要求，需要對過程的熱負(fù)荷進(jìn)行靈敏性分析，下面我從換熱器出口溫度、閃蒸罐溫度、壓力和回流比四個方面對其進(jìn)行了靈敏性分析。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）、SEP（閃蒸罐所需冷量）、RE（精餾塔再沸器熱量）、CON（精餾塔冷凝器所需熱量）。如下圖所示：圖17 目標(biāo)函數(shù)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)具體設(shè)置如下圖5.1換熱器出口溫度的靈敏度分析在Vary選項卡中定義靈敏性分析自變量，自變量TEMP為HEATER的一個模塊變量，設(shè)定其變量最小值20和最大值50，并確

8、定數(shù)據(jù)間隔為3。如下圖所示:圖19換熱器出口溫度變量設(shè)置點擊Tabulate標(biāo)簽，進(jìn)入表格定制頁面，確定表格，輸出結(jié)果為換熱器熱、分離器和精餾塔的總能耗。如下圖所示： 圖20 表格定制圖21 總能耗與換熱器出口溫度關(guān)系5.2閃蒸罐溫度的靈敏度分析運行結(jié)果：圖23 閃蒸溫度與熱量的關(guān)系5.3閃蒸罐壓力的靈敏度分析圖24 閃蒸壓力變量設(shè)置5.4精餾塔回流比的靈敏度分析 圖26精餾塔回流比變量設(shè)置 圖27 總能耗與精餾塔回流比關(guān)系六確定工藝參數(shù)：根據(jù)靈敏度分析，盡可能節(jié)省能量，同時保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，換熱器出口溫度選為38，閃蒸罐壓力0.02atm，溫度22，精餾塔回流比2。最終模擬結(jié)果無誤。

9、七心得體會：通過應(yīng)用軟件實踐，第一次接觸到了Aspen Plus軟件，以前學(xué)化工的我只是聽過這個軟件，而沒有實際應(yīng)用過，這種未知性讓我對這個軟件的學(xué)習(xí)與使用產(chǎn)生了很大的興趣，Aspen Plus軟件的功能很強(qiáng)大，在老師講解下，我們開始了流程模擬，換熱器，閃蒸罐，精餾塔這些化工常用的裝置與設(shè)備的流程模擬，我們對化工流程有了更深入的理解?？蠢蠋熤v解操作這個軟件，感覺沒有那么難，到自己親自動手去做，卻沒有那么簡單，在自己練習(xí)老師所給的例題時，遠(yuǎn)行過程中出現(xiàn)了錯誤，經(jīng)過反復(fù)修正才得到正確結(jié)果，這樣的操作過程使自己對Aspen Plus軟件的操作更加熟練。在學(xué)習(xí)靈敏度分析的過程中，我也遇到了一些困難，通過老師和同學(xué)的幫助使我的流程模擬得以正確無誤的運行，但是就某些細(xì)節(jié)，我還