【异丙醇生产工艺流程Aspen模拟分析案例2500字】

异丙醇生产工艺流程Aspen模拟分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u21251异丙醇生产工艺流程Aspen模拟分析案例 1239591.1概述 1326251.2Aspen流程的模拟 128361.2.1Aspen中物性方法 1129971.2.2Aspen模拟软件中输入的物料组分 1167231.2.3选择的单元操作模块 252401.3异丙醇生产工艺流程模拟 2121701.1.1丙酮加氢反应工段 3117761.1.2异丙醇精制工段 4235641.4异丙醇工艺参数优化 5195331.4.1回收塔T201 5266971.4.2产品塔T202 61.1概述本设计工艺流程模拟选用AspenPlus模拟软件进行设计和模拟。AspenPlus目前是全球公认的化工工艺过程模拟软件，其包括了工工艺设计、单体设备动态模拟以及优化的过程模拟。它成为全球范围内公认的化工设计软件主要是得益于它的功能强大，数据库内容齐全，操作简单，还具有较高的准确率。它包含的物性数据库能够给提供丰富的资源，为单元操作模拟和系统实现策略提供更为准确的数据条件，能够给使用模拟准确度比较高的数据。1.2Aspen流程的模拟1.2.1Aspen中物性方法在Aspen模拟软件中有很多种热力学计算模型（即物性方法），在物性方法的选择过程中需要进行生产工艺条件和体系非理想程度的分析，通过分析选用合适的热力学计算模型，使得模拟的时候得到的数据更为准确。本项目模拟过程中全部选择Aspen中的NRTL热力学计算模型，对各个单元操作进行相应的模拟。1.2.2Aspen模拟软件中输入的物料组分本项目以丙酮和氢气作合成异丙醇的主要原料，在反应过程中需要在反应器中加入镍基催化剂。其中全流程中涉及的组分主要有：丙酮、氢气、异丙醇、水、甲基异丁基酮、甲基异丁基甲醇。表3-1在流程模拟中输入的组分组分组分名称分子式C3H6O丙酮C3H6OH2氢气H2C3H8O异丙醇C3H8OH2O水H2OC6H12O甲基异丁基酮C6H12OC6H14O甲基异丁基甲醇C6H14O1.2.3选择的单元操作模块在使用AspenPlus流程设计中每个单元操作都有多种模块提供选择，每种模块都有特定的功能。本项目设计选用的单元操作模块见表3-2单元设计模块一览表。表3-2各个单元设计模块一览表设备位号设备名称Aspen模拟模块装置主要功能C101氢气压缩机Comper压缩氢气进入反应器P101泵Pump输送丙酮P201泵Pump输送塔底釜液P202泵Pump输送未反应完的丙酮M101混合器Mixer混合原料氢气和丙酮E101加热器Heater对混合原料进行预热E201冷凝器Heater降低反应器流出物温度E202异丙醇冷凝器Heater降低异丙醇流股温度E203冷凝器Heater降低未反应丙酮流股温度R101反应器RStoic丙酮和氢气反应合成异丙醇V201气液分离器Flash2分离未反应完的氢气T201回收塔RadFrac将丙酮与异丙醇分离T202产品塔RadFrac将异丙醇分离得到异丙醇产品1.3异丙醇生产工艺流程模拟本项目AspenPlus模拟异丙醇生产工艺过程的流程图如图3-1所示。图3-1本项目模拟异丙醇生产工艺流程图本项目以丙酮、氢气为主要原料，采用丙酮加氢法生产异丙醇产品。本设计项目的工艺流程分为两个工段，分别是丙酮加氢反应工段和异丙醇精制工段。1.1.1丙酮加氢反应工段氢气储罐里的氢气通入管道，经压缩机C101压缩后与丙酮储罐的丙酮经泵输送一酮进入混合器M101，经混合器混合后，换热器E101预热到100℃后进入反应器R101。在进料的过程中，丙酮、氢气的摩尔比应控制在1：3范围内，在装有雷尼镍加氢催化剂的固定床反应器中反应生成异丙醇和其他副反应产物。反应温度控制在70℃～200℃之间，反应压力为4MPa在催化剂催化的条件下进行反应。反应产物从反应器底部出来后通过换热器E201对反应产物流体进行换热降温后流入下一工段。降温后的粗异丙醇流股流入异丙醇精制工段。丙酮加氢反应工段Aspen模拟流程图如图3-2。图3-2丙酮加氢反应工段Aspen模拟流程图1.1.2异丙醇精制工段粗异丙醇产品经换热后温度下降到25℃后进入闪蒸罐V201，闪蒸罐操作条件为：温度25℃、压力15bar，闪蒸罐的作用主要是分离产品异丙醇和未反应完全的氢气和其他少量废气，氢气和其他废气从罐体上方排出集中回收处理，粗异丙醇产品从罐体下方流出进入回收塔T201。粗异丙醇产品进入回收塔T201，回收塔塔顶温度为15℃，压力为0.4bar，塔釜温度为65℃，塔顶蒸汽排放收集处理，塔顶馏出液组成主要为未反应的丙酮，进行回收换热后由泵输送到混合器可当做原料进行循环使用。塔釜流出的釜液为产品异丙醇，经泵输送到产品塔T202进行精制，产品塔塔顶温度为76℃，压力为0.8bar，塔釜温度为79℃，压力为0.9bar，产品塔塔顶流出的是浓度为99.9%的高品质异丙醇产品，经过换热器换热降温后再输送到产品罐区，塔釜釜液回收集中处理。图3-3本项目异丙醇精制工段Aspen模拟流程图1.4异丙醇工艺参数优化本项目利用Aspenplus软件对工艺完成全流程模拟后，并对相应的塔设备进行工艺参数优化，让塔设备处于最佳的运行状态。本项目分别对回收塔T201、产品塔T202设备进行了灵敏度分析，根据分析的结果对这些塔设备进行参数优化。1.4.1回收塔T201回收塔T201的作用是用于产品异丙醇与丙酮的分离，同时对丙酮进行回收再利用。1.进料板位置利用灵敏度分析工具研究进料板位置对T201塔底异丙醇质量的影响。图3-4为进料塔板位置对T201塔底异丙醇纯度的影响。图3-4不同进料板位置对异丙醇纯度的影响由图3-4可知，当回收塔进料板位置是第5块塔板时，物料纯度的变化趋于稳定。根据设计目标，最终选择回收塔的进料板位置是第5块塔板。2.塔板数利用灵敏度分析工具研究塔板数对回收塔T201塔底异丙醇质量的影响。图3-5为塔板数对回收塔T201塔底异丙醇质量的影响。图3-5不同理论塔板数对异丙醇质量的影响由图3-5可知，当理论塔板数为30时，塔底异丙醇质量达到最佳，故最终选取理论板数为30。1.回流比利用灵敏度分析工具研究回流比对回收塔T201塔底异丙醇质量的影响。图3-6为回流比对回收塔T201塔底异丙醇质量的影响。图3-6不同回流比对异丙醇质量的影响由图3-6可知，当回流比为2.5时，塔底异丙醇质量达到最佳，故最终选回流比为2.5。1.4.2产品塔T202产品塔T202用于异丙醇的最后精制提纯，产品异丙醇将从塔顶流出。1.进料板位置利用灵敏度分析工具研究进料板位置对产品塔T202塔顶异丙醇质量的影响。图3-7为进料塔板位置对产品塔T202塔顶异丙醇质量的影响。图3-7不同进料板位置对异丙醇质量的影响由3-7可知，当产品塔的进料板位置是第15块塔板时，物料变化趋于稳定。而进料板位置为18块塔板后，物料变化不明显，所以选择进料板位置为第18块塔板。2.塔板数利用灵敏度分析工具研究理论塔板数对产品塔T202塔顶异丙醇质量的影响。图3-8为塔理论板数对产品塔T202塔顶异丙醇质量的影响。图3-8不同理论板数对T202塔顶异丙醇质量的影响图3-8可知，当理论塔板数为20时，