异丙苯制备及分离过程模拟

1、异丙苯制备及分离过程模拟Design and Optimization on the IsopropylBenzene 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：北京化工大学化学工程学院二零一三年一月十九日目录一、工艺要求 . 11、要求： . 12、物性数据： . 1二、流程设计 . 1三、参数输入 . 21、输入组分 . 22、物性方法选择 . 33、流股输入 . 44、板块输入 . 5（1）精馏塔 （DSTWU参） 数输入 . 5（2）精馏塔 （DSTWU参） 数输入 . 6（3）换热器 （HEATER1参） 数输入 .

2、 7（4）换热器 （HEATER2参） 数输入 . 8（5）反应器 （REACTOR参） 数输入 . 9（6）闪蒸罐 （SEP1）参数输入 . 10四、模拟运行 . 11五、灵敏性分析 . 121、换热器出口温度灵敏度分析 . 122、精馏塔回流比灵敏度分析 . 14六、确定工艺参数 . 18七、心得体会 . 18、工艺要求学号为 XXXXXXX，X包含甲烷、丙烯、甲苯、正戊烷、苯共五种物质。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、要求：（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 10kmo

3、l/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 0.0012、物性数据：甲烷 CH4，沸点 -161.5C丙烯 C3H6，沸点 -47.7C正戊烷 C5H12，沸点 36.1C苯 C6H6，沸点 80.1C甲苯 C7H8，沸点 110.6C异丙苯 C9H12，152.4C二、流程设计根据合成和分离要求设计流程如下图：图 1 异丙苯制备及分离工艺流程图 其中：REACTOR反应器HEATER换- 热器SEP-闪蒸罐DSTWU精- 馏塔原料（ FEED）首先进入反应器 （R

4、EACTOR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 （HEATER1中） 进行冷凝，经过冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐 （SEP1）进行闪蒸，闪蒸后的气相进入其他工序，液相再次冷凝后进入精馏塔（DSTWU2，） 其中塔顶轻组分进入其他工序， 重组分进入精馏塔 （DSTWU继） 续精馏， 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。三、参数输入1、输入组分进入组分输入页面，分别输入甲烷、丙烯、甲苯、正戊烷、苯及产物异丙苯。 如图所示：图 2 组分输入2、物性方法选择本次模拟选用 RK-SOAVE方法。 如图所示：图 3 物性方法选择

5、3、流股输入进料(FEED)温度为 120C，压力为 1.1atm ，丙烯和苯均为 60kmol/s ，甲烷、甲苯、正戊烷 均为 10kmol/s ，而产物异丙苯为 0kmol/s 。其余流股参数均为自动计算。如图所示：图 4 FEED 输入4、板块输入1）精馏塔 （DSTWU参） 数输入此为 1 号精馏塔，是将甲苯与异丙苯分离的步骤， 全塔压力为 1atm，回流比设为 1.2， 轻组分为甲苯，重组分为异丙苯，其摩尔分率分别为 0.9 和 0.001 。如图所示：图 5 DSTWU参数输入2）精馏塔 （DSTWU参） 数输入此为 2 号精馏塔，是将苯与混合物分离的步骤，全塔压力为 1atm，回

6、流比设为 1.8， 轻组分为苯，重组分为混合物，其摩尔分率分别为 0.9 和 0.001 。如图所示：图 6 DSTWU2参 数输入3）换热器 （HEATER1参） 数输入此为 1号换热器，温度 37C，压降-0.1atm ，目的为将进入流股冷凝至适宜温度如图所示：图 7 HEATER1参 数输入4）换热器 （HEATER2参） 数输入此为 2号换热器，温度 60C，压降-0.1atm ，目的为将进入流股冷凝至适宜温度如图所示：图 8 HEATER2参 数输入5）反应器 （REACTOR参） 数输入反应器，热负荷为 0，压降 0atm，在此反应器中发生反应 C3H3+C6H6=C9H。12其中

7、丙 烷的转化率为 0.9 。如图所示：图 9 REACTOR参 数输入6）闪蒸罐 （SEP1）参数输入此闪蒸罐温度 50C，压力为 1atm，目的为将部分轻组分（甲烷、丙烯、正戊烷）除 去。如图所示：图 10 SEP1 参数输入，表示程序运行成功。图 13 DSTWU2 运行结果四、模拟运行参数输入完成后，程序开始运行，运行过程没有错误和警 程序运行结果及各模块运行结果如图所示： 图 11 运行结果 图 12 DSTWU 运行结果五、灵敏性分析1、换热器出口温度灵敏度分析自变量 TEMP为 HEATER的1 一个模块变量，设定其变量最小值 30C和最大值 40C，并确定 数据点为 20 个。如

8、图所示：图 14 HEATER1出口温度灵敏度分析参数输入其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图如图所示：图 15 总能耗与 HEATER1出口温度关系2、精馏塔回流比灵敏度分析1）自变量 RR为DSTWU的1 一个模块变量，设定其变量最小值 1.0 和最大值 1.5 ，并确定数 据点为 20 个。如图所示：图 16 精馏塔 （DSTWU回） 流比灵敏度分析其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图如图所示：图 17 总能耗与精馏塔 （DSTWU回） 流比关系2）自变量 RR为DSTWU的2一个模块变量，设定其变量最小值 1.0 和最大值 1.5 ，并确定数 据点为 20 个。如图所示：图 17 精馏塔 （DSTWU1回） 流比灵敏度分析其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图如图所示：图 18 总能耗与精馏塔 （DSTWU1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，同时保证产品质量，综合考虑，换热器出口温度定 为 36C，精馏塔回流比为 1.2 和 1.8 即可， 1 号精馏塔 16 块塔板， 2 号精馏塔 14 块塔板。七、心得体会ASPEN的界面设计比较容易上手， 参数输入也很方便智能， 模块的设置对于设计流程很方 便，模块和参数