乙酸乙酯的制备与分离流程模拟

1/20乙酸乙酯的制备与分离流程模拟DesignandOptimizationontheEthylAcetateTechnologyProcess一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程与技术学号：班级：姓名：指导教授：北京化工大学化学工程学院二零一七年五月2/203/20目录1设计任务与设计目标.....................................................................................................................51.1设计任务....................................................................................................................................51.2设计目标....................................................................................................................................52物性数据.........................................................................................................................................53工艺流程的选择和论证分析.........................................................................................................64全流程模拟的输入设定.................................................................................................................74.1setup设置...................................................................................................................................74.2组分输入....................................................................................................................................74.3物性方法设置............................................................................................................................84.4Stream输入................................................................................................................................84.5Reaction输入.............................................................................................................................94.6BLOCK的输入........................................................................................................................104.6.1精馏塔T1的输入...............................................................................................................104.6.2闪蒸罐模块的输入.............................................................................................................114.6.3反应精馏塔RAD的设置...................................................................................................114.6.4分离器的输入.....................................................................................................................135模拟运行.......................................................................................................................................146流程与能量优化...........................................................................................................................156.1闪蒸罐......................................................................................................................................156.2反应精馏塔..............................................................................................................................166.3能量集成..................................................................................................................................187结论...............................................................................................................................................198心得体会.......................................................................................................................................204/205/201设计任务与设计目标1.1设计任务我的学号是。。。，包含数字0、1、2、6、9，设计任务中有甲烷、乙醇、甲苯、正戊烷、乙酸5种物质，乙醇与乙酸反应生成乙酸乙酯和水。表1-1设计任务物质列表学号1234567890分子甲烷乙醇丙烷正丁烷正戊烷甲苯甲醇异丙苯正戊烷乙酸（1）进口物料：压力2atm温度120℃流量：乙酸和乙醇各500kmol/h，其他组分分别为20kmol/h（2）乙酸乙酯纯度达到99%以上1.2设计目标（1）工艺流程的选择和论证分析（2）全流程模拟（3）流程优化（4）能量集成和优化（至少有一种）（5）动态分析（选作）2物性数据各物质的主要物性数据如表2-1所示：表2-1各物质主要物性参数物质相对分子质量相对密度熔点℃沸点℃乙醇46.070.78945-114.378.4乙酸60.051.05016.7118.3乙酸乙酯88.1060.8945-83.677.10水18.0210100甲苯92.140.866-94.9110.6正戊烷72.140.626-129.836.1甲烷16.0430.42-182.5-161.56/203工艺流程的选择和论证分析根据合成及分离要求，通过对过程的分析，在ASPENPLUS软件上建立乙酸乙酯制备与分离的工艺流程图，如图3-1所示：图3-1工艺流程图原料液FEED首先进入精馏塔T1进行初步的乙酸与乙醇的分离，塔顶得到轻组分T1D，主要包含乙醇与正戊烷、甲苯和甲烷，塔釜得到重组分AC，主要为乙酸。物流T1D进入闪蒸罐FLASH进行乙醇与正戊烷、甲苯、甲烷的初步分离，闪蒸罐上部的气相物流FLA-OUT主要包括大部分的正戊烷和甲烷及小部分的甲苯，闪蒸罐下部液相物流ETHA主要包括乙醇及部分甲烷等。回收的乙醇ETHA和乙酸AC物流分别从不同位置进入精馏塔RAD，进行酯化反应，塔顶物流RAD-D主要为生成的乙酸乙酯和水，以及未发生反应的乙醇，塔釜物流RAD-W主要为未发生反应的乙酸，可选择回收程序回收使用。带有产物乙酸乙酯的物流RAD-D被送入组分分离器SEP进行分离，最终得到产物物流PRODUCT，其中乙酸乙酯的纯度为99.9%。7/204全流程模拟的输入设定4.1setup设置流程建立以后，点击Next进入参数设置，setup设置如图4-1：图4-1setup设置界面4.2组分输入根据设计要求，原料中包括甲烷、乙醇、乙酸、正戊烷、甲苯组分，同时产物中包括乙酸乙酯和水，组分输入界面如图4-2。图4-2组分输入界面8/204.3物性方法设置组分输入完成后点击Next进入Properties界面，选择物性方法NRTL-HOC，如图4-3。图4-3物性方法选择界面4.4Stream输入物性方法选择完成后，点击Next查看相互作用系数后，再次点击Next进入物流Streams输入界面，完成对进料物流FEED的输入，进料条件为：温度120℃、压力2atm，乙酸与乙醇流量为500kmol/hr，甲烷、甲苯与正戊烷流量为20kmol/hr，如图4-4。图4-4Stream输入界面9/204.5Reaction输入点击Reaction，进入Objectmanager界面，设置化学反应R-1，选择反应类型为REAC-DIST，如图4-5所示。图4-5设置化学反应R-1界面定义R-1反应的正、逆反应，选择反应类型为KINETIC，设置后如图4-6所示。图4-6正、逆反应设定10/20设置正、逆反应的反应动力学，如图4-7、4-8。图4-7正反应反应动力学设置界面图4-8逆反应反应动力学设置界面4.6BLOCK的输入4.6.1精馏塔T1的输入点击Next，进入BLOCK模块，精馏塔T1主要用于乙醇和乙酸的分离，根据题目要求，在精馏塔模块中，确定全塔压降均为2atm，回流比设定为1.7，并根据任务确定塔顶轻组分乙醇和重组分乙酸的摩尔分率分别为0.999和0.001，精馏塔T1输入情况如图4-9所示。11/20图4-9精馏塔T1的设置界面4.6.2闪蒸罐模块的输入点击Next，进入BLOCK模块输入，闪蒸罐FLASH主要用于分离乙酸和乙醇，设置如图4-10所示。图4-10闪蒸罐FLASH的设置界面4.6.3反应精馏塔RAD的