使用Aspen對(duì)異丙苯制備及流程模擬優(yōu)化

1、使用Aspen對(duì)異丙苯制備及流程模擬優(yōu)化異丙苯制備及產(chǎn)物雜質(zhì)分離DesignandOptimizationontheIsopropyl目錄BenzeneTechnologyProcess一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生：徐爽學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教授：王水北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一五年一月十二日80466一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.異丙苯制備給定條件學(xué)號(hào)1234567890分子甲烷丙烯丙烷止丁烷正戊烷甲苯乙醇異丙苯正戊烷苯1）進(jìn)口物料：壓力，溫度120C流量：苯和丙烯各60kmol/s，其他組分分別為10kmol/s（2）反應(yīng)器：丙烯轉(zhuǎn)化率，壓力降、熱負(fù)荷為：0（3）換熱器：壓力降atm

2、（4）精餾塔：要求壓力為1atm（全塔），塔釜苯摩爾含量為2、物性數(shù)據(jù)我的學(xué)號(hào)為甲烷CH4,沸點(diǎn)丙烯C3H6，沸點(diǎn)正戊烷C5H12,沸點(diǎn)苯C6H6，沸點(diǎn)異丙苯C9H12，二流程設(shè)計(jì)根據(jù)合成及分離要求設(shè)計(jì)流程如下圖1所示：圖1異丙苯制備及產(chǎn)物雜質(zhì)分離流程圖整個(gè)流程主要有六種化工設(shè)備組成：反應(yīng)器（REACTOR）、換熱器（HEATER）、閃蒸罐（SEP）、壓縮機(jī)（COMPR）、混合器（MIXER）及精餾塔（DSTWU）。原料（FEED）以及循環(huán)回來(lái)的苯進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，丙烯和苯反應(yīng)生成異丙苯，連同未反應(yīng)的物質(zhì)一同進(jìn)入換熱器中進(jìn)行冷凝；從閃蒸罐出來(lái)的重組分正戊烷、苯、異丙苯液相經(jīng)泵加壓后進(jìn)入T1精

3、餾塔中進(jìn)行分離，塔頂輕組分為正戊烷，塔底重組分為苯和異丙苯；T1塔底重組分進(jìn)入T2精餾塔分離，塔頂為苯，它將與T3塔的丙烯一起循環(huán)至進(jìn)料段，作為原料作為產(chǎn)品；經(jīng)過(guò)冷凝器降溫后的混合物進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸后的氣相經(jīng)過(guò)壓縮升溫加壓進(jìn)入T3精餾塔實(shí)現(xiàn)甲烷和丙烯的分離。三、完成輸入設(shè)定SETUP設(shè)置圖2SETUP設(shè)置圖輸入組分進(jìn)入如圖所示界面，輸入各組分如下：圖3組分輸入物性方法選擇進(jìn)入Properties輸入界面，選擇合適的物性方法，本次模擬選用選用RK-SOAVE物性方法，如圖：QUNIFACGroupsrComp-Groups0Comp-Lists0f3!Polymeirs()Atfer-G

4、calirg卜SpBcificsticnE0PropertyMethode0f3!Estimation0MolecularStirurture0Paramstere：Dmtsi:j-Analysis0Prop-Sets0f3!Advanced二|CAPE-DPENPackages0-豈fIcwshestGlobal|R譽(yù)er曰仃csdFtopertpmethods&modelsRocesstpe:COMMON*E已$emethed:R-50VEHenriirompzments:Petroleumcelculatbncplions：Fretviatermelhad:訂EAMTA.二./bsrso

5、lubiSty二Fl口wsheetGeclionsElectrolytecalculationoptions-ChemistryID:|Vv*truecomponertsEOS&SFK31DDateS5t：1三Liqudgemma:創(chuàng)Dataaet:Liquidrthalpy:HLMX107Liquidvdume:Propertymethod:HKCDaVI：二.|Modfypiopeityrrodds廠HealofmiMiny廠PopntirgcarrecticriPUseIq.refertncestateerthalpy圖4物性方法選擇Streams的輸入在物性方法確定之后，在Stream

6、s輸入界面按照設(shè)計(jì)要求輸入進(jìn)口物料的溫度、壓力及各組分流率。注意各個(gè)參數(shù)的單位。如圖5所示：.；：曰-“IgiE,IE.Ql/Parame-iers二IDatQ二|AnslyiisV|Prop-SettAdvanced二CAPE-OPENPackagesFlouvshe-ii劃SectionStreams剖C-OUT鹵FEEDinput應(yīng)Results：(EOVsriablBE應(yīng)CustomStreamR.esi謝Hl-OUT勁H2-OUT剖MI-OUT刃iE?nni.irTSpecifications!Optiarrs|FSD|CarrnzonentAtti.|EO0口尿CostingSta

7、in-/arable?lerTnpoieture13：iC-Pressure二|1-atmtJTDialRdatMoleIIbmol/h二SoMent:IJSubshmmEname:f/MlXED丁|RefTeTperaluitCompositionMole-FbwC(mpcinentVahsCH斗10C3HG-2GOC5HI2-IcCENGGOC3H12-2仃|Ikri-pjl/gec褲|tmj.Hd.n圖5物料輸入主要Block的輸入根據(jù)題目要求，反應(yīng)器為絕熱的，即熱負(fù)荷為0壓力降為0。如圖6所示：E-;.s-:l:曰H2M1XER1MIXERSREACTORSetupConvergenc

8、eDynamicBlockOptionsResultsEOVariablesEDInputSpecGrcupsPortsaTSpecifications|/ReaLtions|Combustbn|HealofReactionSelectrvitii|PSPretsureTnatrmTHeatdjtyTUBtc/hiTOperatingconditionsValidphasesgpmLiquid圖6反應(yīng)器模塊輸入接下來(lái)設(shè)置反應(yīng)方程式，點(diǎn)擊Reactions選項(xiàng)卡，在界面中點(diǎn)擊New，新建反應(yīng)，方程式為：C3H6+C6H6=C9H12。轉(zhuǎn)化率為，關(guān)鍵組分為C3H6。界面如圖所示：圖7反應(yīng)方程式輸入

9、換熱器模塊輸入設(shè)定換熱器H1的壓力降及出口溫度，出口溫度暫設(shè)定為10C，壓力降。如圖8所示：nsUlilty|FlashpecificdtiDnjStreamis図Blocksj年屯COMPRj自渤Hl圖8換熱器H1模塊輸入設(shè)定換熱器H2的壓力降及出口溫度，出口溫度暫設(shè)定為60C，壓力降。如圖9所示：圖9換熱器H2模塊輸入閃蒸罐模塊輸入根據(jù)分離要求，設(shè)定閃蒸罐壓力為，熱負(fù)荷為0。如圖10所示：圖10閃蒸罐模塊輸入如圖11圖11壓縮機(jī)模塊輸入精餾塔模塊輸入在精餾塔T1模塊中，確定全塔壓力為latm,回流比設(shè)定為，并根據(jù)任務(wù)確定塔頂輕組分正戊烷和重組分苯的摩爾分率分別為和。如圖12所示：圖12精餾

10、塔T1模塊輸入在精餾塔T2模塊中，確定全塔壓力均為latm,回流比設(shè)定為，并根據(jù)任務(wù)確定塔頂輕組分苯和重組分異丙苯的摩爾分率分別為和，采用分凝器。如圖13所示：國(guó)，璽血av.N+)XH;Prwsuie/Spccifi&QitionsCafcdalionUpb口nw：|Ccrr/argenra|StreamResultsCusfcornStreamResiModelEummairyCoLmnspedficaticns-廠Numberof宦Rellunraiio:ErViInputClockOptionsResultsEDVariableEEDInputSpecGro-upspDirtsStrea

11、mRrsultsCuEDmStreamResiModelSummary1.55Caidanssr:1atiri1aUnTRebair:匚口ndenserpecilicali口ntrKejicomponentlecoveriesLightkey:TotalcondcnciPdrlialcondenseimUial/apordstilatePartialcondBncerkithvaporaridhquiddi前I直日Ci?ljl!eteveporhdcbcn;|1InputBlockOptions*圖13精餾塔T2模塊輸入在精餾塔T3模塊中，設(shè)定全塔壓力均為，回流比設(shè)定為3,并根據(jù)任務(wù)確定塔頂輕

12、組分甲烷和重組分丙烯的摩爾分率分別為和，采用分凝器。如圖14所示：jInput.闔衛(wèi)TmH-IIPUTTRIUII：（：（：二:GIE：（：:忍滴：-j:曲了椀:EME：；：弋巧：/It：415S51G:保一j.r二二2左匚:二J:MU三:三圧三匸丁:：T.11廠：?J-L3：1:-:.：L：)I）：；：工:-：.-3-1S-J門(mén):S-:-=：.-1:;E:;門(mén)二；口:：/：.-!:?FJ/二：；匚：圖15主要物流摩爾分率圖16反應(yīng)器模塊結(jié)果圖17換熱器H1模塊結(jié)果3H2TLE)ModelSummaiy匚匕-愆珮芒夕X逵SummaryBalanceIPhaseEquiibriumIUtlity

13、UsageOutlettsirperature:soc二Outletpressure:0.4053tierVaporfiaction:0.12810D65Healduty:1F7.36J0GcabhrNetduly:1177.36D01Gudl/hiT1:tliquidiTotalicuic:1Piessure-dropcorrelaijonparameler:0.00192343Blockresultssumniar.yR啟suitsEOVariablesStreamResuIts;匸uatomStreamR.esiModelSummairyH2IgResulfc3EOVariablesBlStreamResultsQCustomStreamFS.esModelSummaryM1XER1圖18換熱器H2模塊結(jié)果圖19閃蒸罐模塊結(jié)果圖20SEP模塊結(jié)果圖21精餾塔T1模塊結(jié)果圖22精餾塔T2模塊結(jié)果圖23精餾塔T3模塊結(jié)果五.靈敏性分析分析回流比對(duì)精餾塔實(shí)際板數(shù)的影響，以T1為例，其他兩個(gè)塔只各給出一個(gè)結(jié)果圖。圖24T1精餾塔回流