使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化

1、异丙苯制备及产物杂质分离Design and Optimization on the IsopropylBenzeneTechnology 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2目录目录、设计任务与要求.31、设计任务二流程设计三、完成输入设定.4SETUP 设置输入组分.4物性方法选择Streams的输入.6Block 的输入.6反应器模块输入换热器模块输入精馏塔模块输入闪蒸罐模块输入四模拟运行五灵敏性分析11换热器出口温度的灵敏度分析.12闪蒸罐温度的灵敏度分析.14闪蒸罐压力的灵敏度分析.

2、15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、设计任务与要求1、设计任务学号1234567890分子甲烷丙烯丙烷正丁 烷正戊 烷甲苯乙醇异丙苯正戊 烷苯异丙苯制备及分离进口物料:压力温度120 C(1)流 量： 苯和丙烯各60kmol/s，其他组分分别为 10kmol/s反应器:丙烯转化率， 压力降、热负荷为：0换热器:压力降 atm精馏塔:要求压力为1atm（全塔），根据合成及分离要求设计流程如下图 整个流程有五部分组成：反应器（泵（PUMP）及精馏塔（DSTWU）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， 进入闪蒸罐进行闪蒸，塔釜苯摩尔含量为流程设计1

3、所示：REACTOR ）、换热器（HEATER ）、闪蒸罐（SEP）、 。原料（FEED）首先进入反应器进行反应，丙烯和苯反 经过冷凝器降温后的混合物 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，图1异丙苯制备及产物杂质分离流程图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、完成输入设定SETUP设置在Title栏输入学号7,点击进入下一步。9 :汕曲rtOTM* E 1 b tM-戲 Seliip*wt ir主I0yp«ci H軀hm盘 Sixulotion Op-tic Jtrcifi OiSf 帥由stTPfiii匚URS 叩

4、li如5 SlFC ui Price Unl:s-Let£ Ci.iiVXi llnl Tfl F.epc-r" OptiDtiEfuiulkjl ClMETfricn j 出匚匚SihmF丐qDEfe匚匚 Ikt.Jct'JJBILLL-型 C*Ri；ncnt5Sped： IcitlonsLll "nd PrvpriFell> Chi7ic：crP?!pi.l； r-uiponm n attr弋?hpc Henry Coipi Kilgiujc CfinpfiI'NIhC Qr-iJii：: Colt y© Ctt：-L151&#

5、163; t. Qj Poloers AUrtlLns Properties FUTShCCT 胃t r刊* rE17lsrDtiHtics裔也H只A «i*W?o* _il*迤1白金ICl帕 Przem Fl： 务冲 SlrtCK.输入组分-Gbhil&ffilrQf F j'VjJUH IrnJt rnje. Slirmc 施TFlibs-pvLul?!-= mVdifl-rSfl-Fih 争 dH.图2 SET UP设置图进入如图所示界面，输入数据如下:*iF1' j1”.f! etlons - :' i V . 1 ：-ii 1. i :>

6、;111 Ch 4 it( Etrean Cliss Sets It 宓甘Cost IOpTtoTisSmrt hricr4VlLi-5 Jcl£CL! = *5n UtnlTSitr I- f:；if J on-一C'llp-ClTCTlt 3SpC-Cif 1 C 血*tl«EL1ACenidLljgl .1 - Sr. 1 hrojii-E* 一Petr? Ckajra-;1srir，_Pseud-;詩ipcncTi匸f1 4Ttf-r :T 门£aKeTiTT Crnpul'J-leis fo?e CwpMi1hr1'VUlFJli

7、C GronpsCLi“Mir ；厂:/ «i，：i*曲U斗丄匚一Lis1e1宜r*5jlviere .ifL=t tr£ £：al Irtg£j 亡旳UH卜il L乍i*h '?_ f1 $SueV 丄 f i © It i QLi s PrD匚 rr tz Mctb0dfF*；H tiftl 1 m EplLY!r】cr Stiuc *4k Pggutur 筈Ti 七IIii1 TbLL L i4nl 1 物性方法选择N*-SvtvclKin|I NI*r"X-rt-vwr：Fi-Tl | T.bh*. '1 Ct

8、WJIfr* ID 1D_b |jiji SCT L n±-rr5ej=1:jcn?eriM-isFENZ壬诜C6KEIr1M:1 . - 一-RiuBTpnar1'ML 1如HEEC丁I"*匸PRr=rr.匚右-21JOLl Fi'iJE护e1卜 Wil £1二RET Ina1 漏1 匸T曲成j" &fl尸J J1 "FUklTrf=-rTf|vl!Jir-ENF 它专EH?*1!1DrtWr corpirmnlFPnrf图3组分输入进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用选用 如图：RK-S

9、OA VE物性方法,h涉 Spccfcatoii；Llglil-EiJil Proper 11 芒y柑i?etro' CharacierLsatLri Fsiudeicmponcnts AlHccjy Comps Itkiu lor e Cui,us :NIK AC Cr->upsC*lD-CroW3 2ori.p Li £ I s rdlyuersAltr-8ciline PropH 11三£Specificatione rr<DeTty Methodsllecular StructureF ar artel ci sDataAnalysis Fr-：

10、 p-Sets AdvancedC/PE-GbLN Packagesrjb/blab Fbuich S earns R#lGt»dktIrksoaveJ u 1Date nethDcLTMidiiy prop&iy irodtb1 1i 1101II1f-1 ftrclunn calcuohn1 1 -1±J1f怕0钟土f rft戎hKlLI训wiMi'iJWaJtr $olLtrity二L丸八dPciliF v iMhffijg f( nfftlsPfCPguii 砒聞LoUl： iJl"f obLgjil "01：.L ：丨1 丄T！

11、 T氏 uILkIP Ifto riut-canpciToiMc厂 I；. - r -iiiI C ri L = ii; i' r ir ； i厂 I ',- I I ； / qi . ir-ri r ha C3zz±±±5±±. Taf 七匕± Pz齐电二t-Kitted Zj±l*zti?CL ?. aiitart ;丁r tel-p.图4物性方法选择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：H II

12、I -匕| t-N-j4« Ari>> LU'Hi-+ 胡 Lnl* 33e ts- 母 <'l JS r-Pi Dnl 1 = 母 As戸41；* Opt Lone 8 Q np口厂它*Rlish Dpdcrs.EU C zi： CTii匚CHIP 7£i!4nZjMte ai-iabEt凸Eu匚 I n c 4 I " prjH assav/oLlijiJ LigL= End E?r祥pei FutTQ GHMTBCTcrlPn 1 j-i e 宀rirtpfTiF n w £-t t _ -7-mpiF llu_z

13、i± >- Ulzkijs 口 I a I LJ*L： I 二 M 馭 ri TrH Ih Mt Ctfwi汗 C O3CU-F *rouii s Cod匸一Lis tjL Pc In亡Ty 比社 rSr-B I i 阳 匸£<p匚f ti-c i Fl O斗STy trHZ "d :：AflQ#1C¥CPE3E 些 I rjnjt11 H-tu-jL 1 C中丿 VdAn r jti 1 皿二g h-pllTLZQP-OUTH 口沪i2STBlock的输入反应器模块输入根据题目要求，反应器为绝热的,11san*piik'kir lU

14、 hlFRri7i.丄fJL口HEEMqi-nAjV!tT- 12'- - .i_* Ik认.i .i*lM pw图5物料输入即热负荷为0,压力降为0。如图6所示:母匚纱Ip* ®七FNitV LJ VarLabLes上Q Gji 1 DU Sircan RrsuLL 卤 B-VUTi 卤 LIQi 曲 PRCDUCr4 卤 R-OUTi 卤 TAPa 室 LUtJfsi-卤 Errwnheater EEaCTOE Sctuu 涉 CoMtrE 匕； ® UynERicfje El ack Options H Results m Uaj-iahLcsQ tj Irp

15、u*母 Sicc droLips 二J PortsQ SlTTCOJl Ec5Lllt5H CUslcn StzieajL f.esLiL v« Al/Spcc#MliiMii| /HidCtiCrt | LM.buuhM ' P'eaf et AbUtdnEH昭M.* Il PJU ILpoKbnq cofidUn；Plti<!UleHeal liu tfValt fhcacjRiiczzr iiuz 1 it pTiwnrw crzrcpmt: - -ixLt . _ - (1-j.tLct py-ua *= 2 - fJiiiAe irf.”h* mixl

16、e. axil： Heisxfi.接下来设置反应方程式,C3H6+C6H6=C9H12图6反应器模块输入点击Reactions选项卡，在界面中点击 New.，新建反应，方程式为:转化率为，关键组分为 C3H6。界面如图所示:<5 s*njpw E 主 *WGEl：l VariablesH Ojslon L-ireas EC3uL 4 圍 H-cn?站 LJQI 站?E：L'UCr4 S ITTf亜畀F三 m Blocks?STVTiHEfiTLRSEACjR««ea二eaQSlctijpC: nv&rgence yriK II i 匚Elxk Dt&#

17、39;i-msE5CULT2V Thtiahi FF&；l liwtCroupsPr.T-tRStrean RequiteCup"! El £irrn» Srpul<< All沙丸 N |N.>1R tn haSceckoiwn gcSioichowGiw1"rot cortvciaionCJH62 » C6HB 计 C0m2/S|_Fft；ifLdboir b/Rctiont CiLnbudiuri HbdI i/RuSuii 昌赳临 1沖即'PSD换热器模块输入1匚 flrnpDr*nr1fe.1dHcaz

18、icr No: JIRnrJrtnln-Hoduc te gsraiaton广 Maai' FrKticnalwjrwsfrijn; 口耳LcirponmGMi-XCiHl?-?1PinHurtr oTiip YiArvi Ira-fi-?图7反应方程式输入设定换热器的压力降及出口温度，出口温度暂设定为38C，压力降。如图8所示:!>It_Ll CyllVfJro'i|i =4 Conp-Llsts"I PolyTicro：Al 11 u'i.alilbg Prr Ilf ir r f 1Floveheel Stream3 _j CYC5 JfBRD 二

19、I H-oin eb Lw n F-Tiiirr 二I FKOPtrer j.j n-oir -J VftFS DC7VIIJB IlfprtTTEE 申 I npiil 二J Hcurvuss 毎 DvnanLi; 巒 HLo心k Option 口 Resulle EO Viiliblcis 0 E'U inpyi 0 Spec Croupo Jj Port? I I STrwa f| L'uz tCJl OlTirn<< Al丿SpeEicNnnt FlasfhOtMiurnf | JiiMv |T pujcifltUiCr'id«-wx*Zl

20、E 尸 sul StxEarfMtDIvbk图8换热器模块输入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和。如图9所示：l-|£jra|EHGliteQ B.ry j1 I yCl Bju 7 ar table: H Cm turn Sti'cjii 划 H-jur 卤LIO 詞PR卫ilTT 歯 Rjur 凹UAP blotnsKcul'/?>pecilKatKin3：| 匚 ifcHailo ChOnJrohnn tppcrfiM'inr 广 hkiiitMV财2f

21、* FDefkjH ratio'Condense-； IRetoier. IsatiBun0 LSflDSrVL 母 Input母 KLotJe UctionsQ F.J £iJ yarl&tiles 母 RO frcut ® SpeL trcups O E"?-rtsQ Str mam RejultsH C-JstoT Etreaji 5ezulHEATTS口1 命 H krConpfictflvo.oaauH#細gCoPip口HemTRtiuvoaui-卜.冊 wrfowrt阳 m即桝Hr I亠 Pa就d torwJftg wth yccorA

22、tif) lig jr| rj£lihtF-匚 crdter 眾召 Hcaum-ToUlcondtrur-corvdbxr 讹) vapoi闪蒸罐模块输入根据分离要求,1©' I心丄Jnp-jt E匚口r 吕V-图9精馏塔模块输入最终确定闪蒸罐压力为，温度为23C。如图10所示:匡1 b CIMG<< I1AI十 _( PRCCUCT* 二1 cvc+ _J HH：4JT* 二 J 7 Alitii BIekE，-生5fUO Ieujui® Blrk npti .ptiis.口 Fesultf， FOablefl mi nput盘pmv Gj&

23、#39;oiiips口 POT1s口 SfreaR R.esulTS口 Csis gn S".reafl iKeuL i. p* HEATERT 血 mwr» 型 E<EACTCR"FTF野 InputL I fliurrp Dynanif劈 Block OptionsI 1 Resulls to VrLibics EO Inimt母 Spe-L. GrwipsPvTteI STTcaa RcsuIts'ZSpv£ifriCatiMrj Fl=h Jpho-ii Ertm-hmcH 山气Tbipifi减皿匕I atTi=±:三 T

24、3L tre zJlc preasye J.rsz-_rtE uhlt-j :匚匸t-ct pre3 = _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.I上1 二13:ll mr1师MR训Ji-34Ftr HDi'-34AdKHH HM15IE 1?!'1231 J;N 7t1划刃n'II 17Fia.0-OT1000ml0-90lieu01B5Q3STghot Fgh：迅E巧 QQlDtHte&5O9B&t fl5&5<

25、;?J9&.t55声 DC"3a2$fifct7? 2M19G9£2Eloc士ELjmsiCul* onpPAkreCuter swflue 那niH 蒯 dJyhuMiJLIntuMiRetLic du CHr«latnr cwdUHriM； 血血少K30H Bflj.tAiit )21CilCiXJ5 ME门E.UJ77I 舁t刃1"Baotifx.' Eh LtfH f>3W < uit4 耳 1 BXP专丁IQ2E汀»iiS话 'JHdS 翘 Jb晶左42tjlixagxrftOH2¥Enf

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27、9;1刊刁4I 4粒micr；n邓:1诜Rr弼Qpifii曲（“苗芫缸TQlAtJuh nU'riliS BIoOCE 卫FEI tElTEH aIalOOOWGa 90000003 冷E二fn 11州巧|4 那ED4 eur&ii'hi上1Rcsul tsiiO ViTlabJefStTRiCListen StTPifi13rujir hjllCL'(JSRFL'：-n.rg.en(.e K»ul SujiiBoi y图12换热器模块结果StreaisElockaM jsniiijJKATlR3fl FUIP宝 SFACTORQ lesQl

28、1 ="1 EC Viri ablesPM Etrcii csul15Q Cui ten CtrcLiija jurGm比 r 耳 eiK®Rfftj t? aans7-yQ彌山JLrcitJi-SLckJaSiUHwr呵 BJane? |FhwcFqJcxiir讪 S图13反应器模块结果n*DEV s '1 Gt »KrrultsEC VrJ 自勺1 zSTreaa 卜严Eul：二u肌on Strsaiii KesiLi3tsHHTER rmif 倔c orr RuYFmEVe Recult° SinjiarvbMnirflJTK?lt_t&g

29、t;lfii 4i川“Mb HniiTMTnjfnbefcff1020554?严心012屈TissBsrasFead jt*.JT.fl3Z33C5hurrbef ol 韵百-Aoes eoeve leed1F Ptoi=ii Wing r*qiiihrdiPEflB'utii1'|Ccnima ocwJ吨诃izpjpcjE01927-0B'Utir',D4ilridf«hf>icM dibitilR 33FtcttKi tenpeotLTB£曲5刼1F： 1-1*甬曰 rr fRfldfrir+irnnmrpi严Hr TPStHIIh

30、M F 凹g I"Msmi lit kti图14精馏塔模块结果11Elre.-lia 曽“锯f 进 BiTffL 3d HiATER F P'JMF 韵 KaA'TTLF 苛證P4 SO eaQCnv-rpen'ZeEesultrVirUM ?PStruii Be. uL ：bruslO'Ti Strean 'erul t st alonce I e LBtecl rt曲 iOUl« 血p裂LTD Duf 0:呼 4jtVapo kacftonHea- d 与PJer止叫'Ihgu甘丿 Tola ad:|T2eaD；J*3 H

31、ia !；U.JJ6J4j86l?!t8?25U|3168533 Brjfr,ITts Eiflirvt i-. Jlr<L /. Ill L*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ModelAnalysis 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：二陰L y Tn

32、gi- L*iSptup+凹Conip ?n=nts.iJ型Fl-v-nerties千罔Fl zpf sh=LtStreanm由aElc-cxs1:Q'Ttililii LJactions4卤Conv pence+ 口FiC-v3h-cting OprllQn0 1Modrl Anal ys Ls TodLsSerzELllvLlyii辛S-1 TiiniitQ ResultsS-2S-3S-i CpTluiz&tion 匚中口 tr ain't Data Fit 匚ame EturiyFowalisctDetnAcnH詢ELchV创 B'rak=HeArR V

33、ai就gNWTQUTT Seritejice=nf3ULlS LSETetcl-Vfl Btch-REACTORVadJ尸hEDlTTf 5fficnM=flE jUUSTHBbckVflr Dled-DSTXJ Vjictic-REG DLITYSertmcoPESLLTSLJ呷ebek Var Htek-DSTXtl V.xk±Jo-CQ 110 HD(V £oMoreo-AE汕L1 $ZD« Ali/Dehrw|V5r« | JTmtnslp FniKn DRcIsfjrfinn? 刖 /:二。jEditDelene图16目标函数的设定图17闪蒸罐

34、和换热器能量设置INi*Sdrt* 0 vriaJctK ciffrra忙WJl丙F PivHFepcrj P«anctr：H*flrfecttfBtoCK 冶jDOctfn-afcbJnci'DSIW 7HBIAU'iaj8ViOm jL-iTij-sIt nut.IJ H7. ILfLt 5?±Zifi：E-：ZCn 37 ZE-C汕：*二*iLTN. k 'rSS iuta匕UL）：trtsvK；nti z&cT-：hsz = tc-iL prt-LCLr-r snteiez ei o i二Rizt =z-:ific±tzz3

35、 h z£tirve z?tz. =icr.=L- :二七h三t 火VI：L«.L ：；ilk；记州图18精馏塔的能量设置换热器出口温度的灵敏度分析TEMP 为 HEATER在Vary选项卡中定义灵敏性分析自变量，自变量其变量最小值25F和最大值50F,并确定数据间隔为 3F。的一个模块变量，设定如下图所示：©hop “V 国 NCH Q« AlW »H*丸11即HWPTlZ Pt门fFrti 兀 KIOKEhect £1 f驻1苗 £16ckcIftilltiosKsQCt<W Cmvcrgertifi F】PTra

36、hcctLn( TpfivJ tt; dd AnatJi ? 7cels3rnij.»3.i 1/D 3-1 IzipuL nOptlJilzatLuiiCecis iralntD-i flTCaFr汁如CrrJLffJTJ 1 ； enFl?Kefiulta i jui aTj' Liman让匚曲壮値机伽1 刃 I 'h FiWCaiE5- r" Var-aole lO'0BIlLkVdrl=p 1HIATFRT蔚.riUQ ArfHP:ersfK 呼1FIM Fifu理*斗却站4屯r ipTiA她喝Mvi*和屮丿Aiuhb r 3廿丫3* O-v

37、W4lr4no»-nt bl 30 卵序 50riaxmbLir* VLie 3： Inrr pa- ITf! L机 5 抚点；MM Tn.-tii flp：. ?： F §1 fl tut i-*E sLr 1 At'.liT：. -iE 12D4 2；;:7 -ir-jp -3H re；New；” S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:£) IpiDVIl J® H| 环后7| 4« A( 匸 » O I® &#

38、39; N>J.tlberjpColLpU；上.I三FrperilesFli?vscct Srreais L iotJfsL'lLltleshcariicir.s匚Uta匕二呂二r_eBiotSheetIng Onil已sA:一：!丄賁J.S TloIs/Dtlini /V巧 /Tabulatc| Foitn Lk占硕rw LplJMd J LTtbLiat»d WHtit (f tprHicn31UensitivLly3-L InputQ PcstjI tsS-23-3S-kACtliriatiCTi CcnstxaliLl Uala Hl-t Cdie Stu寺Li

39、t= -co: t77-=- th.i tit：i ziizzm rtals-T 匸亠 uii T&r cr4vur ii? 14-tCoXht r-Jz±frTL-44 K#.P图20表格定制。FiKinbiIjbio7 7 hi r：z=t ccZ-uzn -?t图21总能耗与换热器出口温度关系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:母 Inpil><« M * 2 匚檢 M*t I I -t t - r 一 n.3ciuwI !FI -'vshm 洛LUtSi >ctsRes：, i'JfKMv

40、ergumc mvwhuflliiK CttLjns (oJ;：TwLs创创亘丹MF I ZTfciidrl Fuh妙 yI；曲i 一 屮MbtriO 1 列u -UDHbew>9DttJ出 MW 卄 rwha* r Ls占讪|0>阳件L讥彰85 iBce* GO*一：一型厘"12 血PE=r1 fl vl V 宝5-1 InputH t'.CFUj ts Opt L'Li&f i *n C-xutriLtn Dau Fi:Cojc 3ljjy Cdri-T - a LIT 211 cn jLll SbJJiy k：*>ririPiTatt(

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42、 IF0 Eeport CpiirjiLc C-iHf ：nen1o Frotcj tics ricfuiciETrf9»E hlkt r+iutiMFcic-tiersUofvei 黑 encsPIcvshcctine J口t i ons vdfi Arlif'! -S'ftfllTlvliy 二d小 母 Jiwl O gOlTt _j Up7 1al = £ll<r:'1 CtTLB-"rain-t r Dn"fl n fl=N Catr HmdiFO i. crJ'ii.surjrii -sn0 W4；vT “Tjvnf J EO ¥ri,lbEO Itipul】All area_j| Ohjirc T1 tT°i -十#ZE 事吟打対曲fI FflliWh. jj； C片怕J I-Man 匚中 ed*aMife阳已I合OCG 丫引Rkf*:空pVarflc- M F=iE5