异丙苯制备及分离流程

异丙苯制备及分离流程模拟DesignandOptimizationontheIsopropylBenzeneTechnologyProcess一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程与工艺学生：学号：指导教授：教授北京化工大学化学工程学院二零一一年十二月三十日2目录异丙苯制备及分离流程模拟...................................................................................................1一、设计任务与要求...............................................................................................................31、设计任务.....................................................................................................................3二．流程设计...........................................................................................................................4三.完成输入设定......................................................................................................................53.1setup设置....................................................................................................................53.2输入组分....................................................................................................................53.3物性方法的选择........................................................................................................63.4Streams的输入...........................................................................................................63.5BLOCK的输入..........................................................................................................73.5.1反应器模块的输入..........................................................................................73.5.2换热器模块输入..............................................................................................93.5.3精馏塔模块输入............................................................................................103.5.4闪蒸罐模块输入............................................................................................103.5.5泵的输入........................................................................................................11四，模拟运行.........................................................................................................................13五．灵敏性分析.....................................................................................................................165.1换热器出口温度的灵敏度分析..............................................................................185.2闪蒸罐温度的灵敏度分析......................................................................................205.3闪蒸罐压力的灵敏度分析........................................................................................215.4精馏塔回流比的灵敏度分析....................................................................................22六．确定工艺参数：.............................................................................................................24七．心得体会.........................................................................................................................243一、设计任务与要求我的学号为，包含0、1、2、7、8五个数字，对应甲烷、丙烯、正丙醇、异丙苯、苯这五种原料，进行异丙苯制备及分离学号1234567890分子甲烷丙烯丙烷正丁烷正戊烷甲醇正丙醇异丙苯正戊烷苯（1）进口物料：压力1.1atm温度120C流量：苯和丙烯各40kmol/s，其他组分分别为5kmol/s（2）反应器：丙烯转化率0.9，压力降、热负荷为：0（3）换热器：压力降-0.1atm（4）精馏塔：要求压力为1atm（全塔），塔釜苯摩尔含量为0.0001二、流程设计根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：整个流程有五部分组成：反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、闪蒸罐（SEP）、泵（PUMP）及精馏塔（DSTWU）。原料（FEED）首先进入反应器进行反应，丙烯和苯反应生成异丙苯，连同未反应的物质一同进入换热器中进行冷凝，经过冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸后的气相进入其他工序，液相经泵加压后进入精馏塔中进行分离，其中塔顶轻组分循环回到反应器中继续反应，重组分异丙苯由塔釜排出，作为产品。图1异丙苯制备及分离工艺流程图4三、完成输入规定3.1setup设置在界面中点击，进入如图2所示界面，选用英制单位，其余均为默认值。图2SETUP设置界面53.2输入组分进入如图3所示界面，输入正丙醇、丙烯、异丁烷、苯和异丙苯五种物质。图3组分输入63.3物性方法选择进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用RK-SOAVE物性方法。图4物性方法的选择73.4Streams的输入在物性方法确定之后，在Streams输入界面按照设计要求输入进口物料的温度、压力及各组分流率。注意各个参数的单位。如图5所示：图5物流（FEED）输入83.5Block的输入3.5.1反应器模块输入根据题目要求，反应器为绝热的，即Heatduty为0，压力降为0。如图6所示：图6反应器模块输入接下来设置反应方程式，点击Reactions选项卡，在界面中点击New..，新建反应，方程式为：C3H6+C6H6=C9H12转化率为0.9，关键组分为C3H6。9图7反应方程式输入103.5.2换热器模块输入设定换热器的压力降及出口温度，出口温度暂设定为38℃，压力降0.1atm。如图8所示：图8换热器模块输入113.5.3精馏塔模块输入在精馏塔模块中，确定全塔压力均为1atm，回流比设定为2，并根据任务确定塔顶轻组分苯和重组分异丙苯的摩尔分率分别为0.999和0.0001。如图9所示：图9精馏塔模块输入123.5.4闪蒸罐模块输入根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为0.02atm，温度为29℃。如图10所示：图10闪蒸罐模块输入133.5.5泵的输入离心泵的出口压力设定为1atm，以便能够将物料输送进精馏塔。图11.离心泵模块的输入14四．模拟运行在所有输入完成之后，将程序进行运行，运行过程没有错误和警告，表示程序运行成功。程序运行结果及各模块运行结果如下图所示：图12运行结果图13换热器模块结果15图14反应器运行结果图图15精馏塔运行结果图16图16闪蒸结果输出五．灵敏性分析根据流程工艺的要求，需要对过程的热负荷进行灵敏性分析，下面我从换热器出口温度、闪蒸罐温度、压力和回流比四个方面对其进行了灵敏性分析。首先，从Date菜单上单击ModelAnalysisTool，然后选择Sensitivity，创建S-1灵敏性分析。定义目标变量：HEAT（换热器所需热量）、SEP（闪蒸罐所需冷量）、RE（精馏塔再沸器热量）、CON（精馏塔冷凝器所需热量）。如下图所示：17图17目标函数设定目标函数具体设置如下图18195.1换热器出口温度的灵敏度分析在Vary选项卡中定义灵敏性分析自变量，自变量TEMP为HEATER的一个模块变量，设定其变量最小值20℃和最大值50℃，并确定数据间隔为3℃。如下图所示:图19换热器出口温度变量设置20点击Tabulate标签，进入表格定制页面，确定表格，输出结果为换热器热、分离器和精馏塔的总能耗。如下图所示：图20表格定制图21总能耗与换热器出口温度关系215.2闪蒸罐温度的灵敏度分析运行结果：图23闪蒸温度与热量的关系225.3闪蒸罐压力的灵敏度分析图24闪蒸压力变量设置235.4精馏塔回流比的灵敏度分析图26精馏塔回流比变量设置图27总能耗与精馏塔回流比关系24六．确定工艺参数：根据灵敏度分析，尽可能节省能量，同时保证产品的质量，综合考虑，换热器出口温度选为38℃，闪蒸罐压力0.02atm，温度22℃，精馏塔回流比2。最终模拟结果无误。七．心得体会：通过应用软件实践，第一次接触到了AspenPlus软件，以前学化工的我只是听过这个软件，而没有实际应用过，这种未知性让我对这个软件的学习与使用产生了很大的兴趣，AspenPlus软件的功能很强大，在老师讲解下，我们开始了流程模拟，换热器，闪蒸罐，精馏塔这些化工常用的装置与设备的流程模拟，我们对化工流程有了更深入的理解。看老师讲解操作这个软件，感觉没有那么难，到自己亲自动手去做，却没有那么简单，在自己练习老师所给的例题时，远行过程中出现了错误，经过反复修正才得到正确结果，这样的操作过程使自己对AspenPlus软件的操作更加熟练。在学习灵敏度分析的