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乙酸乙酯制备及分离流程模拟乙酸乙酯制备及分离流程模拟 design and optimization on the ethyl acetate technology process 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：屈一新教授 北京化工大学化学工程学院 二零一五年五月四日 2 3 目目 录录 一、设计任务与要求一、设计任务与要求 .4 3.1 设计任务设计任务4 二流程设计二流程设计 .4 三三.完成输入设定完成输入设定 4 3.1 setup设置设置 5 3.2 输入组分输入组分.5 3.3 物性方法的选择物性方法的选择.5 3.4 streams的输入的输入 6 3.5 block 的输入的输入6 3.5.1 闪蒸罐模块的输入闪蒸罐模块的输入.6 3.5.2 精馏塔模块输入精馏塔模块输入.6 3.5.3 反应器模块输入反应器模块输入.8 3.5.4 透平机模块输入透平机模块输入.9 3.5.5 泵的输入泵的输入.10 四模拟运行四模拟运行 .10 4.14.1 闪蒸罐模拟闪蒸罐模拟11 4.24.2 反应器模拟反应器模拟11 4.34.3 精馏塔模拟精馏塔模拟11 4.44.4 透平机（透平机（comprcompr）模拟）模拟12 4.54.5 泵模拟泵模拟13 五灵敏度分析五灵敏度分析 .13 5.1 闪蒸罐温度的灵敏度分析（全程优化闪蒸罐温度的灵敏度分析（全程优化 1 1）.16 5.2 反应器温度的灵敏度分析（全程优化反应器温度的灵敏度分析（全程优化 2 2）17 5.3 闪蒸罐压力的灵敏度分析（全程优化闪蒸罐压力的灵敏度分析（全程优化 3 3）18 5.4 精馏塔回流比的灵敏度分析（全程优化精馏塔回流比的灵敏度分析（全程优化 4 4）19 5.5 精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析 （能量优化）（能量优化）.21 六确定工艺参数六确定工艺参数 .22 七心得体会七心得体会 .22 4 一、设计任务与要求 3.1 设计任务设计任务 异丙苯制备及分离，我的学号是，包含数字0、1、2、4、7，由作业题目可知，我的进料中 含有以下五种物质，分别为：甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸。 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200kmol/h，其他组分分别为5kmol/h （2）乙酸乙酯纯度达到99%以上 二流程设计 根据合成及分离要求设计流程如下图1所示： 图1 乙酸乙酯制备及分离工艺流程图 整个流程有六部分组成：反应器（reactor） 、闪蒸罐（sep） 、泵（pump） 、透平机 （compr） 、精馏塔（dstwu）及严格精馏塔（radfrac） 。 原料（1）首先进入闪蒸罐进行初步分离，再通过泵加压进入精馏塔1进行再分离。分离了 甲烷、正丁烷、甲醇后的物流6进入反应器进行反应，乙醇和乙酸反应生成乙酸乙酯，连同 未反应的物质一同进入透平机中进行加压，经过透平机加压后的混合物进入精馏塔2进行精 馏，分离乙酸，精馏后的塔顶物流进入精馏塔3，分离乙醇，重组分乙酸乙酯由塔釜排出， 作为产品。 三.完成输入设定 5 3.1 setup设置设置 在界面中点击next按钮，进入图2的设置页面，均为默认值，不做修改。 图2 setup设置界面 3.2 输入组分输入组分 点击next按钮，进入如图3所示界面，输入甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸、水、乙酸乙 酯七种物质。 图3 组分输入 3.3 物性方法的选择物性方法的选择 点击next按钮，进入properties输入界面，如图4，选择nrtl物性方法。 6 图4 物性方法的选择 3.4 streams的输入的输入 点击next按钮，进入stream输入界面，按照设计要求输入进口物料的温度，压力以及各组 分的流率。具体输入情况如图5所示。 图5 stream（1）的输入 3.5 block的输入的输入 3.5.1 闪蒸罐模块的输入闪蒸罐模块的输入 点击next，进入各block的输入界面，输入情况如图6所示 图6 闪蒸罐（sep）模块输入 3.5.2 精馏塔模块输入精馏塔模块输入 输入情况如图7所示： 7 图7 精馏塔1（rad1）模块输入 8 图8 精馏塔2（rad2）模块输入 图9 精馏塔3（dstwu3）模块输入 3.5.3 反应器模块输入反应器模块输入 9 图10 反应器（rstoic）模块输入 点击next进入reaction选项卡，在界面中点击new,新建反应，方程式为： 25oh+3cooh=25oocch3+h20 关键组分为25oh，转化率为0.7。具体输入情况如图7所示： 图11 反应器（rstoic）模块输入反应 3.5.4 透平机模块输入透平机模块输入 输入情况如图12所示 图12 透平机（compr）模块输入 3.5.5 泵的输入泵的输入 10 图13：泵（pump）的输入情况 四模拟运行四模拟运行 所有输入完成之后，点击next按钮确定输入全部完成，然后运行模拟程序，确定模拟结果 没有错误和警告。程序运行结果如图1115所示： 图14 物流结果 如上图所示，最终乙酸乙酯产品质量分数为99.3%，达到任务要求。 4.14.1 闪蒸罐模拟闪蒸罐模拟 11 图15 闪蒸罐（sep）模块结果 4.24.2 反应器模拟反应器模拟 图16 反应器（reactor）模块结果 4.34.3 精馏塔模拟精馏塔模拟 图17 精馏塔1（rad1）模块结果 12 图18 精馏塔2（rad2）模块结果 图19 精馏塔3（dstwu3）模块结果 4.44.4 透平机（透平机（comprcompr）模拟）模拟 图16 透平机（compr）模块结果 4.54.5 泵模拟泵模拟 13 图17 泵（pump）模块结果 五灵敏度分析五灵敏度分析 根据工艺流程的要求，需要对过程的产品纯度和热负荷进行灵敏度分析，即全程优化和能 量优化下面从闪蒸罐温度、闪蒸罐压力、反应器温度、精馏塔回流比四个方面对产品纯度 和热负荷分别进行灵敏度分析。 首先，从date菜单上单击model analysis tool，然后选择sensitivity，创建灵敏度分析。 定义目标变量1：产品纯度，分别以闪蒸罐温度（proft） 、闪蒸罐压力（profp） 、反应 器温度（fan） 、精馏塔1回流比（prot1） 、精馏塔2回流比（prot2） 、精馏塔3回流比 （prot3）为自变量，进行对产品纯度的灵敏度分析如下图所示： 14 15 图18 定义目标变量1 定义目标变量2：总热负荷，分别以精馏塔1回流比、精馏塔2回流比、精馏塔3回流比为自 变量，进行对流程总热负荷的灵敏度分析如下图所示： 图19 定义目标变量2 5.1 闪蒸罐温度的灵敏度分析闪蒸罐温度的灵敏度分析（全程优化（全程优化1 1） 在vary选项卡中定义灵敏性分析自变量，如下图所示: 图20 闪蒸罐温度变量设置 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： 16 图21 因变量设置 运行后对结果作图，如下图： 图22 产品纯度与闪蒸罐温度关系 5.2 反应器温度的灵敏度分析反应器温度的灵敏度分析（全程优化（全程优化2 2） vary设置如下： 17 图23 反应器温度变量设置 图24 产品纯度与反应器温度关系 5.3 闪蒸罐压力的灵敏度分析闪蒸罐压力的灵敏度分析（全程优化（全程优化3 3） vary设置如下： 18 图25 闪蒸罐压力变量设置 图26 产品纯度与闪蒸罐压力关系 5.4 精馏塔回流比的灵敏度分析精馏塔回流比的灵敏度分析（全程优化（全程优化4 4） vary设置如下： 19 图27 精馏塔回流比变量设置 20 21 图28 产品纯度与精馏塔回流比的关系 5.5 精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析 （能量优化）（能量优化） vary设置如下： 22 结果如下： 六六确定工艺参数确定工艺参数 根据全程优化以及能量优化分析，尽可能节省能量，同时保证产品的质量，综合考虑，闪 蒸罐压力0.69atm，温度70，反应器温度选为130，精馏塔1回流比25.6，共51块实际塔 板，精馏塔2回流比4.27，共9块实际塔板，精馏塔3回流比4.36，共9块实际塔板。 七心得体会七心得体会 短短几次课的应用软件实习课结束了，在老师的讲解下我们对aspen有了初步的认识， 算是实现了对这个软件的入门。学习使用aspen这几次课里，我有几个很深刻的体会。 第一，aspen的确十分强大，它