使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化

异丙苯制备及产物杂质分离 Design and Optimization on the Isopropyl BenzeneTechnology 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：北京化工大学化学工程学院二零一三年一月十九日目录目录2一、设计任务与要求31、设计任务3二流程设计3三、完成输入设定43.1 SETUP设置43.2 输入组分43.3物性方法选择53.4 Streams的输入63.5 Block的输入63.5.1反应器模块输入63.5.2 换热器模块输入73.5.3 精馏塔模块输入83.5.4 闪蒸罐模块输入8四模拟运行9五灵敏性分析115.1换热器出口温度的灵敏度分析125.2闪蒸罐温度的灵敏度分析145.3闪蒸罐压力的灵敏度分析155.4精馏塔回流比的灵敏度分析16六确定工艺参数：17七心得体会17一、设计任务与要求1、设计任务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苯乙醇异丙苯正戊烷苯（1）进口物料：压力1.1atm 温度120 C 流 量： 苯和丙烯各60kmol/s，其他组分分别为10kmol/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 -0.1 atm（4）精馏塔 ：要求压力为1atm （全塔）， 塔釜苯摩尔含量为0.001二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 异丙苯制备及产物杂质分离流程图三、完成输入设定3.1 SETUP设置在Title栏输入学号200911257，点击进入下一步。图2 SETUP设置图3.2 输入组分进入如图所示界面，输入数据如下：图3 组分输入3.3物性方法选择进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用选用RK-SOAVE物性方法，如图：图4 物性方法选择3.4 Streams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 物料输入3.5 Block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，即热负荷为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。界面如图所示：图7反应方程式输入3.5.2 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3.5.3 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3.5.4 闪蒸罐模块输入根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为0.1atm，温度为23。如图10所示：图10闪蒸罐模块输入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11 运行结果. 图12 换热器模块结果图13 反应器模块结果图14 精馏塔模块结果图15 闪蒸罐模块结果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Model Analysis Tool，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：图16 目标函数的设定图17闪蒸罐和换热器能量设置图18 精馏塔的能量设置5.1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25F和最大值50F，并确定数据间隔为3F。如下图所示: 图19换热器出口温度变量设置点击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：图20 表格定制。图21 总能耗与换热器出口温度关系5.2闪蒸罐温度的灵敏度分析接下来依次修改自变量，进行模拟，如图：闪蒸罐温度：图22闪蒸罐温度变量设置图23 总能耗与闪蒸罐温度关系5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析图24 闪蒸罐压力变量设置图25 总能耗与闪蒸罐压力关系5.4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，