开题报告-利用aspen模拟分离环己酮和环己醇.doc

开 题 报 告2015届 利用aspen模拟分离环己酮和环己醇学生姓名 学 号 院 系 化学化工学院 专 业 化 学（师范） 指导教师 填写日期 开题报告的内容一、本课题国内外状况，说明选题依据和意义我国的化工行业能耗远远高于欧美国家。主要有两个原因：1）节约用能意识不强；2）利用现代化工工具分析、偶合节能的经验较少。通过教育宣传来逐步提高人民的用能意识的同时，加快学习利用现代化工模拟工具，分析、偶合节能的经验十分必要。精馏技术是石化行业一个重要环节，约占总能耗的60%。随着国际能源紧缺状况的日益加剧，精馏过程中节能技术的应用越来越被重视。热泵精馏技术具有容易实施，节能效率高，过程容易控制等优点。本文以环己醇、环己酮精馏分离为例，采用现代化的Aspen Plus 软件对环己酮和环己醇的分离过程进行模拟研究，探索热泵精馏过程中节能的可能性。 1、环己醇和环己酮的分离在环己醇制备环己酮的过程中，温度一般在130左右，平衡浓度不能太高，环己酮的质量分率约为20%左右，而生产得到的环己酮质量分率一般都在90%以上，这就给分离带来了很大的困难。要通过大量的精馏才能实现分离，这一过程需要在大回流比下操作，精馏塔气相部分冷凝需要大量的循环水，塔底需要蒸汽加热，这都会造成较大的能耗，导致大量的能源在精馏的过程中没有被利用起来而白白浪费。2、热泵精馏技术在一般精馏过程中，塔顶蒸汽需要用大量的循环水冷凝，而塔釜则需要升温，造成大量的能耗，如果能将塔顶和塔底的能量耦合，那么在这一过程中就能实现节能。如何将塔顶和塔底的能量耦合呢？采取的方式可以是将塔顶温度提高或者将塔底的温度降低。将塔顶蒸汽的温度通过加压的方式提高到比塔底温度高810，然后将这一部分热量作为塔釜加热的热源就实现了塔顶和塔釜的能量耦合，这就是热泵精馏过程。热泵系统是在热力学第二定律的理论指导下，通过外加功，把低温位的塔顶蒸汽加压升温，作为高温位的塔釜热源的系统。即以消耗一定量的机械功为代价，把低温位的热能温度提高到可以被利用的程度。因为所获得的可利用的热量远远大于输入系统的能量，所以能够达到节能的效果。热泵精馏技术的出发点是在精馏过程中提高一部分能量的等级，将这一部分能量用于精馏塔自身装置再沸器的加热需要。热泵精馏技术尤其适用于沸点较低的物质的精馏分离，即精馏塔塔顶的汽相出料需要用制冷剂（如冷冻水）冷凝的系统，热泵精馏一般不用于相对挥发度较大的系统或多组分精馏的情况。20世纪80年代末，瑞士的Sulzer公司将热泵精馏技术应用到乙苯-苯乙烯的精馏过程中，这一举措大大降低了苯乙烯的生产能耗。国内化工与石化行业中，锦州炼油厂将热泵精馏技术应用于生产也取得了良好的效果。3、Aspen Plus软件Aspen Plus软件由美国Aspen Tech公司研发，是一款能处理带有生物质、电解质、固体和常规物料等复杂体系的流程模拟系统。Aspen Plus 是集稳态化工模拟、对模拟进行优化、对相关变量进行灵敏度分析和对流程进行经济评价四个方面于一体的化工模拟软件。Aspen Plus软件拥有一套完整的单元操作模块，用户使用该款软件可进行各种操作过程的模拟，以及从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。Aspen Plus 软件在工业设计中已经得到广泛应用，是世界公认的较先进的一款计算机辅助化工过程的模拟软件。基于Aspen Plus软件在化工和石化行业中的广泛应用，本课题采用Aspen Plus 软件对环己酮和环己醇的分离过程进行模拟，包括普通精馏过程的模拟和热泵精馏过程的模拟。意义：通过简捷精馏、常规的减压精密精馏、热泵精馏模拟分离环己酮和环己醇的探索，对该工艺现有精馏装置提出可能的节能方案。二、研究的基本内容，你解决的主要问题（阐述的主要观点）本研究的基本内容和需要解决的问题有：Aspen Plus 软件在工业设计中已经得到广泛应用，是世界公认的较先进的一款计算机辅助化工过程的模拟软件。1）利用Aspen Plus模拟、优化常规分离和热泵精馏分离的过程，探索热泵精馏的可行性。2）将热泵精馏装置与常规精馏系统进行对比，研究能耗情况，并做经济评价。设计内容要求：模拟的热泵精馏分离工艺比传统工艺节能在10%以上。三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）/论文主体纲要工作步骤：1、环己醇和环己酮的分离工艺资料收集 2、热泵精馏系统的资料收集与热泵类型的选择 3、Aspen plus软件学习及熟练使用 4、工艺模拟阶段 5、参数分析阶段6、归纳总结阶段论文主体纲要：1. 前言 2. 设计任务 3. 文献综述 4. 环己醇、环己酮的常规精馏模拟 5. 热泵精馏过程的模拟 6. 热泵精馏与常规精馏对比 7. 总结四、课题研究工作进度计划毕业论文期限：自2014年10月30日至2015年5月中下旬。第一阶段(2014年10月30日-2014年11月20日)：按照任务书的安排，分析任务，查阅文献，完成总体实验方案设计，提交实验所需的各种试剂、仪器等的清单，完成开题报告。第二阶段(2014年11月20日-2014年12月20日)：按照毕业论文的写作规范要求，完成文献综述的撰写同时进行外文翻译。第三阶段(2014年11月25日 - 2015年1月1日)：进行毕业设计、流程模拟、记录模拟结果。第四阶段：(2015年1月1日-2015年5月10日)撰写论文。第五阶段：(2015年5月10日-2015年5月20日)毕业论文交给指导老师，指导老师审阅，写出评语与评分后上交，准备论文答辩。第六阶段：(2015年5月30日)毕业论文答辩。五、主要参考文献1 徐业健，金晓明具有热泵的苯甲苯精馏过程的建模与控制J计算机仿真，2007，24(5)：3193232 张莹，张晓娟，唐丽华环己烷氧化制环己醇和环己酮技术的研究进展J广东化工，2012，40(10)：14163 谭伶玉，张晓娟，唐丽华环己酮合成技术的研究进展J广东化工，2013，40(20)：794 Hiroshi Okushita，Masakazu Yoshikawa，Takeo Shimidzu. Pervaporation of cyclohexane/cyclohexanone/cyclohexanol mixture through polyoxyethylene grafting nylon-6 membraneJ.Journal of Membrane Science，1995，105:51-535 南京化学工业公司磷肥厂已内酰胺技术规程与操作法M 南京：南京化学工业公司磷肥厂，19826 曾永林 环己醇与环己酮二元体系萃取精馏分离研究D湖南：湘潭大学，20067 徐业健 热泵精馏过程的建模与控制研究D浙江：浙江大学，20068 包宗宏，武文良化工计算与软件应用M北京：化学工业出版社，2013，1479 杨友麒，项曙光化工过程模拟与优化M北京：化学工业出版社，2006，13，25526010 李利军，劳国瑞. Aspen工程软件在化工过程工艺开发中的应用J. 化学工业与工程技术.2010， 31 (2)：545711 赵月红，温浩，许志宏 Aspen Plus用户模型开发方法探讨J 计算机与应用化学，2003，06：43543812 孙兰义 化工流程模拟实训Aspen Plus教程M北京：化学工业出版社，201213 张斌，李正，江宁基于Aspen Plus建立喷流床煤气化炉模型J 化肥设计，2003，54(8)：1179118214 徐越，吴一宁，危师让基于Aspen Plus平台的干煤粉加压气流床气化性能模拟J西安交通大学学报，2003，37(7)：69269415 王伟，商玉坤，武建军基于Aspen Plus的褐煤热解过程模拟J 化学工业与工程，2011，28(3)：495316 堵祖荫 用Aspen Plus模拟汽油分馏塔系统J乙烯工业，2002，14(4)：131717 赵晓军，陈伟军，杨敬一用Aspen Plus软件模拟优化卡宾达原油常压蒸馏的研究J炼油技术与工程，2005，35(11)：434818 Henri Renon，J.M.PtausnitzLocal Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid MixturesJAlChE Journal1968，14：13514419 蒋晓伟，汪 洋，关春欣NRTL方程与SRK方程在非理想体系的气液平衡计算J化工设计，2007，17(5)：111520 张花芳烃抽提及精馏装置的流程模拟研究D上海：华东理工大学，201221 柴诚敬化工原理（第二版）下册M北京：高等教育出版社，201122 李 越组合导向浮阀塔板在易发泡体系中的水力学研究D上海：华东理工大学，201323 中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册（第四版）M北京：化学工业出版社，200924 Krishna Murthy PenukondaOptimizing Baffle Design in Shell-and-Tube Heat Exchangers JAlChE Journal2011，14： 354425aspentec