异丙苯制备及分离流程模拟

1、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二零一五年一月九日目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 第1章设计任务和要求1 HYPERLINK l bookmark4 第1.1节设计任务1 HYPERLINK l bookmark6 第1.2节设计要求1 HYPERLINK l bookmark8 第2章流程设计与计算结果2 HYPERLINK l bookmar

2、k10 第2.1节流程设计2 HYPERLINK l bookmark18 第2.2节计算结果3 HYPERLINK l bookmark22 第3章aspen参数设置5 HYPERLINK l bookmark24 第3.1节流程设计之Setup5 HYPERLINK l bookmark26 第3.2节流程设计之Component5 HYPERLINK l bookmark28 第3.3节流程设计之Properties6 HYPERLINK l bookmark32 第3.4节流程设计之Stream6 HYPERLINK l bookmark44 第3.5节流程设计之Blocks7 HYP

3、ERLINK l bookmark72 第3.6节流程设计之衡算计算结果8 HYPERLINK l bookmark86 第4章灵敏度分析12 HYPERLINK l bookmark88 第4.1节灵敏度分析定义目标函数12 HYPERLINK l bookmark106 第4.2节灵敏度分析影响回流比15 HYPERLINK l bookmark112 第4.3节灵敏度分析影响一一SEP压力16 HYPERLINK l bookmark118 第4.4节灵敏度分析影响一一SEP温度17 HYPERLINK l bookmark128 第4.5节灵敏度分析影响一一HEATER温度18 HYP

4、ERLINK l bookmark138 第4.5节灵敏度分析结果19第5章小结20 HYPERLINK l bookmark146 第5.1节流程小结20 HYPERLINK l bookmark148 第5.2节aspen软件实习小结201/1北京化工大学化工软件实习大作业第 页/共21页第1章设计任务和要求第1.1节设计任务设计异丙苯制备及分离流程模拟本人学号为其中包括0；1；2；4,即0苯；1甲烷；2丙烯；4正丁烷根据本题要求，进料中含4种物质学号1234567890分子甲烷丙烯|丙烷正烷正戊烷甲苯乙醇异丙苯正戊烷苯设计并通过AspenPlus模拟确定较低能耗的工艺及操作条件撰写设计报

5、告，给出设计思想、模拟过程及结果第1.2节设计要求进口物料：压力：1.1atm；温度：120C；流量：苯和丙烯各60000mol/min,甲烷和正丁烷各10000mol/min。反应器：丙烯转化率：0.9；压力：Oatm；热负荷为：0。换热器：压力：-0.1atm。精馏塔：压力：1atm全塔；塔釜苯摩尔含量：0.001。第2章流程设计与计算结果第2.1节流程设计根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：本流程图为最理想简化流程图，忽略进料甲烷、正丁烷等相关杂质之间的反应，只考虑苯和丙烯之间生成异丙苯的反应。本流程中含有五个模块：分别是REACTOR反应器；HEATER换热器;SEPARATOR分

6、离器；PUMP泵；DSTWU精馏塔。由流程图可知，苯、丙烯、甲烷和正丁烷物流由FEED进料，经过反应器反应。由反应方程式C6H6+C3H6C9H12可知，苯和丙烯为反应物，异丙苯为生成物，而甲烷和正丁烷属杂质。从反应器REACTOR出来的物流REACTOR-OUT中包含未反应完的苯、丙烯，反应产物异丙苯等，以及没有参加反应的甲烷和正丁烷。这些物质进入换热器中进行冷凝。经过冷凝器后的混合物并没有发生化学变化，仅发生物理变化。从换热器中出来的混合物HEATER-OUT进入SEPARATOR分离器进行闪蒸。闪蒸之后气相由顶部排除，进入其他工序，液相LIQUIT由底部排除，经过PUMP泵加压后进入精馏

7、塔DSTWU进行精馏分离。精馏塔进料为PUMP-OUT，经分离后，其中轻组分从塔顶经过RECYCLE循环回REACTOR反应器参与反应，重组分异丙苯从塔釜作为产品排出。第2.2节计算结果计算结果如下表2-1和表2-2表2-1热量和质量衡算表1HeatandMaterialBalaneeTableIDunitCYCFEEDH-OUTLIQTemperatureK313.84393.15310.15295.15Pressureatm1.001.100.900.10VaporFrae-1.000.22MoleFlowkmol/hr641.428,400.005,791.663,783.27MassF

8、lowkg/hr48,784.98477,199.11525,984.09426,414.61VolumeFlowl/min978.014,055,065.57615,212.728,001.22EnthalpyMMBtu/hr22.49410.58265.06325.95CH40.43600.00600.430.43C3H6-110.853,600.00361.0810.85C4Ho-145.74600.00645.7445.74C6Ho584.093,600.00934.32584.14C9H120.31-3,250.083,142.11表2热量和质量衡算表2HeatandMaterial

9、BalaneeTableIDunitP-OUTPRODUCTR-OUTVAPTemperatureK295.17420.81392.35295.15Pressureatm1.001.001.000.10VaporFrae-0.711.00MoleFlowkmol/hr3,783.273,141.855,791.662,008.39MassFlowkg/hr426,414.61377,630.07525,984.0999,569.48VolumeFlowl/min8,001.398,086.412,170,368.158,091,637.59EnthalpyMMBtu/hr326.00392.1

10、9433.08-54.13CH40.430.00600.43600.00C3H6-110.850.00361.08350.24C4H0-145.740.00645.74600.00C6H6584.140.06934.32350.18C9H123,142.113,141.793,250.08107.97第3早aspen参数设置第3.1节流程设计之Setup如图3-1所示,将单位改为MET。-GlubdlVDescription|AccauitngseQoonoFlSpEcificaticnsiJijiLilationOptiQnsStreamClassSubsreamCostingOptions

11、EireamPrice炒InputrlResulls0EDVariables-Jnits-Gets&CustomUriits0ReportOptions+MComponents却PropertiesDiagnosticsGlobaljeltirg?Run7中*npiJmode5tie?mdas;:Flewbaiit:UnitsofmMfluirmsrtIripdtdatarMETOutpulresultsME曲ut直7lidpla$e$;riceiwolcr:aVselectionFcbuleirnNcriccnrt!rtioneilLonporemIDT供romponemnarreFormu

12、laCH4CanvernicritiiMLIHANtmLUfrlLorwieriicndLYELUPHGPANtC3HFpmc-iCowertitricllaUTAMEUH1&1C6H5ConverticnalBENZENECGHGC9H12CorworticndETHYLDENEJIC9H12/DdafcanfciIPeineconporerts图3-1设计流程图之Setup第3.2节流程设计之Component如图3-2所示，输入CH4,C3H6-1,C4Hio-1,C6H6,C9H12五种物质。-岂S匚t即令Specifications&SiiMilationOptions母Streaj

13、RClass1+二jSunsirears梅CoylugOpilojn-岂StrcijnPiiccInput口艮整uU糞EOVniiablest3Unit-Sets涉CustomUnits图3-2设计流程图之Component第3.3节流程设计之Properties如图3-3所示，选用RK-SOAVE方法。4世1Setup1+&ConponenigG-曲PiopertLesSpedflcalIons詞PropertyHethds+JEsilmatlon+划lsleculrStructure+VjFaramsters匚Da1aiAnalysisMPrpSets+匚jAlvan:edJCAPE-OP

14、ENPackages+図4Stx-earnsnp,宾/GlobalFIom客ho直tseclibnsIFroDertymethods&mcdeteProcesstype_B曰皆lYtethodlUKSOAVEFree-waternethod-VW/teisoljblitpcPetrolBijmcalculationoptiomtlcclidytccobUoliohoptorii亡IhemhiiijiID:宰Uictruer&cnanl1*P忙口fiftymethod:/pecificahansStatevaiabfespmperture匸T|Hes$恥|11atmjJT(Xd(uw.No

15、te1trrUhftEu踰/MIXEDjdCom|ition|MoI&-FIow,mobmiiCompnarlVitfCH41000D口Hb-IbUOCKCttilQI10000CGHCCOOHJC9H12EQQpian?图3-3设计流程图之Properties第3.4节流程设计之Stream按照设计要求进口物料：压力：1.1atm；温度：120C；流量：苯和丙烯各60000mol/min，甲烷和正丁烷各10000mol/min。如图3-4所示，设置进料物流温度为120C，压力为1.1atm。物质摩尔分率分别是CH4为10000mol/min，C3H6-1为60000mol/min，C4H10

16、-1为10000mol/min，C6H6为60000mol/min。SetupComponentsFronprti尸富FlovsheetGtreaas-125CYC=1巒FEEDOInputQResults0射VariablesQCusiojiStreai.Jesuits”囲H-oin.asljq图3-4设计流程图之Stream第3.5节流程设计之Blocks（1）如图3-5所示，DSTWU精馏塔的设置参数分别是：按照设计要求精馏塔：压力：1atm全塔。回流比为2.5，冷凝器Condenser的压力为1atm，再沸器Reboiler的压力为1atm,其中关键组分轻组分C6H6的摩尔分率为99.

17、99%，关键组分轻组分C9H12的摩尔分率为0.01%。S|sj_y_aJ+J3+13)=1Se:vj3CojiponentsPf0匚ErtimsblowsheetStTcasBlccks38DSTTJ曲Input&BlockOp:ionsQResultsEOVariables&EOInputSpecCronosJPOITSQStreamResultsAvSpoQificationsClcuLsHoinOptioni-厂Nurrbetoshgfts.r*RtfhftiraliodCorp；C&HERdiXiv：0.39S9Havyk#icConm：RecoicO.CDLIIC曰ycmporie

18、iiidrecoveriesLightk砂CofKvefgencePielureLondenser:ReMei;CDnden$ef$pacifications烷Tot冠Icondrt$r广Partialcorden$eir何thalvapordistillaterParliallcordenserlAithvaporndliquiddiftillsta图3-5设计流程图之BlocksDSTWU如图3-6所示，PUMP泵的设置参数是：压力为1atm他閨型曲94-|一1-4甫E3Rejuli；0EOT.rrjatlLMFewerreqjradt)QiTH二UcptrlooanDBCuvetodel

19、efnnadiszhagecondtcnsEUG匚曰泊壬士RjTIp-DrAH图3-6设计流程图之BlocksPUMP（3）如图3-7所示，REACTOR反应器的设置参数是:按照设计要求反应器：丙烯转化率：0.9;压力：Oatm；热负荷为：0。反应方程式为：C6H6+C3H6C9H12RunMaStaic+iifiFifiUi1HdUHXtgiQfiH&l4C6H6”C9H13/SpecifVcaGtianiCorbuitcn|FeatoFRcictiwiSuQMilyFGHFceciuris其中以C3H6的转化率为0.9为关键组分的基准计算。茁Setjp#逆Ft冲ertl科+MFlushed

20、Steal咋-金Elocks匡也DSTVUit岂HEATEDitLidPIUP-曲EEACTOR9Setup图3-7设计流程图之BlocksREACTOR(4)如图3-8所示，将最大次数改为8000次/Wcqitcm|tiiccl|Sesaht|icvden|NewtonSQPCDnsrgercspara!er$+J/jSe*up+2iq皿pon巳池饲+辿PrftpprtlE+初Flov$het=t+型Streaiii+型Elocks_jUtiltties+二jEeactLons-屯Convergence|二囱ConvOptions9Defaults母Icthds图3-8设计流程图之Metho

21、ds第3.6节流程设计之一一衡算计算结果(1)如图3-9所示，衡算计算结果显示为：Hi#|a1*$忖前1丈&LlIIr二-I二jd二z1d1J31183S3IJ10J235.249).B3S24sg.i1氏関朋汩TDno0.3Caw1.JIJDlora屁urP1QDOOi.tncQ22ID.OaDlO.cnoo.oAb0.712TODOMdfeElmIjnd/hiG4142)eijudju5.-W.IW宙EG由:勺一一抽jianj.BSi20Utl.3BOMeisFbw4flTIM田54?TI!iJlid52SlilUdil4:41iEll411461437?EJ0.i-4-i3E&5.43D

22、HbijnneFb-jl/nn97Bmsld521Z?2lRE21&li1!saaEEi4DB二1XC3EE91E4L+G其钊诬厂Zf5C612&347就5鹑？3921E43-07t恫cfeFlowtaTidi珅a+32ecaaccECQ432D.4J20.432TFWX6OC.43JEOO.DOaCdH-|iaa93KUQNhJ：.1-：七TRnce361.09535JZ36C5H10-14吋临ECOaLO隣砂曲理2TH佢6i57d2SJJOOOLHE弓躍口而igrrmii別4fl明狎刖DDB日黑3213S11H1C9H12QJ14ni丁3142107玄临1Q73141799-严和十jar廻

23、图3-9设计流程图之衡算计算结果如图3-10所示，精馏塔DSTWU计算结果显示为:+Streams-GdBlocks-JUSTiUWResliLtsE0aLlablT5QSlTFianFesulTSCustomStJ?ajiiResuJte总HEATER干GfiFTKF+&FACTOR+囱FFF卤Convergence+总HodulAmLysisTsols-田ResulisSujunaryQRunSta-tusFJSlreancFJCciiverfcucc5ummafpjBdldriuBMnnflum厲出川(toU.Jb/4bblActJdlicfluKlain;2.5MrBpnumihnur

24、nber凶pagesiiji37ee(njriunbefofaciud豺日口1ZHS63ZFeedjtagc:E71517031NunbeiolH亠uNsfiaasaboveicedb.Z15170J1Rcbcilsrhemin了equired11023319.1匚ond&n乍ceding4si5605.eeDtsiiihretemperscure313&4Z163GoUcffltierhpcsaluie42C.OOCOC3U.D柚hlld：EtoFeedTacbcriU.1E964L6BHETP;I图3-10设计流程图之精馏塔DSTWU计算结果如图3-11所示，换热器HEATER的计算结果显

25、示为:*i辿Slrtciis-宙Elciksii型DETlfU-全HEATERQEeetLlte00VaTiablessStxeanResultsQCueIonStreamResulti*QjPW4中KEACrOR14*i场Cor.vcrecnccf36rworipiMisiysisrools-型艮話ultfSimniryaRunStatussStrausaCnrser-kgifukgTNFSHrequred：H#addtwopfKj;田2呵mkgf/kg二Fmcericienwuct0J1357334Melwonk,requred140379-30kwWunillidip|0alaiceFA

26、jmsruuh图3-11设计流程图之换热器HEATER计算结果如图3-12所示，泵PUMP的计算结果显示为：QResults山EDVariablesQStreamResultsQCustQinStreamEefults圉REACTORMSEPrnnfUTPTEerLCFlodelAnalysisToulsResultsur.niCTyRunSiacusStTPansConvergence图3-12设计流程图之泵PUMP计算结果如图3-13所示，反应器REACTOR的计算结果显示为:-站tretns-塑BlocksD5TU4H5ATERftFUltP曰MACTDR0dtlcltcnipeiofu

27、c.为彩閃血r匚UtletpreuE：11血zJHwdiutj-i：0qaVkcBNet*莒duty0嗣_Jacorfiiclon：(07110551-slEquid/Totalliquid:1$uiiimmiBaldiicerhs&cEuiHjrunRDaclcruRStoice$dt$QEesillisBOVariablesHStreamResultsQQistomSTtfvim展尸sults，鎭S3P-圜Cpnverscnct-总Inr1elralyisTocJsMF.cultiSunnaryQR-jdStatusQStreaieCiltI或甩nt匸总色：295TBOiiletpessu

28、e.0.1atnmTVmqfFn右t3;0.34677299HMtrli/y4T27370&7eaLcm-TNes.duly.472797.0&7JdbyecT1illiquidfotalliqLfld:1SummaryDdlahce匚quifbriumElcckroeuhounmiry图3-13设计流程图之反应器REACTOR计算结果如图3-14所示，分离器SEPARATOR的计算结果显示为:SlreansClicks4DSTVUFHiAIKKPPJMP空陋2TOR口SEPnEesullg(JEQVaTiablesF3S+rcanResjl13QCusionStreanResultsCDnv

29、prenreModelAnaLysicToolsResultsSunniryRunStatusSrrpmEConvergernGlJlTSiirtH-cd/iccCONBknkVaiGlack-DSTVAJVutte-CONDUTYBenErcREULT$Uiiitt-cd/iK*图4-1灵敏度分析定义目标函数变量如图4-2所示，定义目标函数显示为:SISISIJA越ofllLJ卤SetujjConponentsProper*leEFluvsheetSireaiisBlocksUtilitiesReactionsConvcrgcnQC：FlowsheetInsOptionsdelinalyji

30、lfTools岂Sensitivity-aS-1申InputQResultsL_iCXitlmizatlonOCnstrairtCcbmnMb.TfituiatcdvalflblctrGKpraa-aiflni卜2Ftl+吐讯1北礼_曲fne|ZVsijj图4-4灵敏度分析定义目标函数RESelect冃YnblecategorynnTreferenceReferenceVariablename：SEPO怯goryAllBlockscStreamsCModelUtility厂PhysicalPropertyParanetersrFisadionsTy吟：Block-VrF”BlockREACTO

31、RVdriabfe.NET-DUTY二1輕SentenceRESULTSUnits:cal/secClose图4巧灵敏度分析定义目标函数SEPSekd;口vriebtecategory弓rdrerencRefeienceType：Variablename:#D3MSleekAllVariable.BlocksSent&nct:Stiearns：UriiU:Block-VaiwIdsbvuVC0N&-DUTYjresultscal/sBCMade!UtilityPsieaiPiroperlJParametersR&ctbrisClose图4-6灵敏度分析定义目标函数CON第4.2节灵敏度分析影响

32、回流比(1)如下图4-7所示，设置DSTWU精馏塔的回流比，范围为13,间隔为0.2型主土创NMn_JJfln室二一i-l*J*J+lEJtl国刊一SetupConuomsiitsFr6per:ltEFlvshcetSrreajisBlocksVtiLitlcsKeactlofLEUonvergeri35FLvsheetlngOptionsHodRlAmLyl?Foole3Sensitivity-圏S-l母rrurntQRbsuIIs口OptimizotionJGcnsmiriTyDcfirte|JTabulalejcfl-mCssJMflOrwflIManipJatcdvrioblcDaJa

33、fllijfisIOpturwl|IOifaolavansilVolucifenvofiedvoiiobb-LijtdvduEPOverJrangeLewErUppe-LineJLine2:in-半图4-7灵敏度分析一一DSTWU回流比(2)如下图4-8所示，设置DSTWU精馏塔的回流比，范围为13,间隔为0.2的函数图象。叭i门初”PAF-4图4-8灵敏度分析一一DSTWU回流比函数图像第4.3节灵敏度分析影响一一SEP压力(1)如下图4-9所示，设置SEP分离器的压力，范围为0.020.3,间隔为0.02到勺勺主室划_J_J岂二宝钊ilJhlfll-lEIFIFliSetupConjjon

34、eutsHreperTieeFlovsheetStreansBlocksUt:LitiesReadi*nsCnvergenetFlpvshcctiriKOptionsTToiIf：!Analysis7sols宜jSensitivity査S-l妙InputE3psuItsOptimization2jCorctraint/DefineA/TabiJdtEjFrtlmDrdadtiulis|0;liuid|Vatiaberc:l-DteabUe/arabkT#呻Bbck-VasBIUCLSEPTVsriBtlc:SentencePARAMUnU:hua&es:rNanpdhtBd冋iobb辞Drer

35、allranoLevyer002Ufper:idIrcr:ReportlaDehLine1:Line3;Line2Line4VjIukfazriod7triable厂LrtorvBi尸：图4-9灵敏度分析SEP压力(2)如下图4-10所示，设置SEP分离器的压力，范围为0.020.3,间隔为0.02的函数图象。miMirth，*Iluhniry1fiftMJCHSFSATW图4-10灵敏度分析一一SEP压力函数图像亍皐F爭.氏亍7匚工壬弗亡#l-lrd苧応絆旱*第4.4节灵敏度分析影响一一SEP温度(1)如下图4-11所示，设置SEP分离器的温度，范围为283.15-333.15,间隔为5。型

36、丄IHJnLJ%*|*|知|i4|_TSetupConnonftntsProperlitsFloirfhcetStlEIlKloikSUtilitiesRcdclioriEConvprgencpflvshee+ingOpiiorTIodcAntlysisToolsiViSen5Hlvlt7口卤S-l0InputQRcsultfi_jODtliitzHionJCDnrtraint|/rdLueile|Fulidn|DeuldidlkirBOpliurd:T”DbckVap厂BiOCt：SEPVVariable.黑TEMPTS$Rtn(PAPAHUnia:厂CswsrVanatifeno:pNan

37、piiatcJeridbleVduKforreihdreliableListofiSOverallrange图4-11灵敏度分析一一SEP温度(2)如下图4-12所示，设置SEP分离器的温度，范围为283.15-333.15,间隔为5的函数图象。图4-12灵敏度分析一一SEP温度函数图像第4.5节灵敏度分析影响一一HEATER温度(1)如下图4-13所示，设置HEATER换热器的温度，范围为283.15-353.15,间隔为10。卫勺劭CJ口型2151-5flJ图国団-ISetupCcJUJutieiitsFTorertlesflowsheetLtreamsElocksUtilitiesReactionsConMerencmFlovalic-tingOpticnsHodelAnalysisToo