異丙苯制備及分別流程模擬DesignandOptimizationontheIsopropylBenzeneTechnologyProcess一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教授：教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一一年十二月三十天目錄異丙苯制備及分別流程模擬...................................................................................................1一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求...............................................................................................................31、設(shè)計(jì)任務(wù).....................................................................................................................3二．流程設(shè)計(jì)...........................................................................................................................4三.完成輸入設(shè)定......................................................................................................................53.1setup設(shè)置....................................................................................................................53.2輸入組分....................................................................................................................53.3物性方法的選擇........................................................................................................63.4Streams的輸入...........................................................................................................63.5BLOCK的輸入..........................................................................................................7反應(yīng)器模塊的輸入..........................................................................................7換熱器模塊輸入..............................................................................................9精餾塔模塊輸入............................................................................................10閃蒸罐模塊輸入............................................................................................10泵的輸入........................................................................................................11四，模擬運(yùn)行.........................................................................................................................13五．矯捷性解析.....................................................................................................................165.1換熱器出口溫度的矯捷度解析..............................................................................185.2閃蒸罐溫度的矯捷度解析......................................................................................205.3閃蒸罐壓力的矯捷度解析........................................................................................215.4精餾塔回流比的矯捷度解析....................................................................................22六．確定工藝參數(shù)：.............................................................................................................24七．心得領(lǐng)悟.........................................................................................................................24一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求我的學(xué)號(hào)為，包含0、1、2、7、8五個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)甲烷、丙烯、正丙醇、異丙苯、苯這五種原料，進(jìn)行異丙苯制備及分別學(xué)號(hào)12分子甲烷丙烯

34丙烷正丁烷

5正戊烷

6甲醇

7正丙醇

8異丙苯

9正戊烷

0苯（1）進(jìn)口物料：壓力1.1atm溫度120C流量：苯和丙烯各40kmol/s，其他組分分別為5kmol/s（2）反應(yīng)器：丙烯轉(zhuǎn)變率0.9，壓力降、熱負(fù)荷為：0（3）換熱器：壓力降-0.1atm（4）精餾塔：要求壓力為1atm（全塔），塔釜苯摩爾含量為0.0001二、流程設(shè)計(jì)依照合成及分別要求設(shè)計(jì)流程以以下圖1所示：整個(gè)流程有五部分組成：反應(yīng)器（REACTOR）、換熱器（HEATER）、閃蒸罐（SEP）、泵（PUMP）及精餾塔（DSTWU）。原料（FEED）第一進(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，經(jīng)過(guò)冷凝器降溫后的混雜物進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸后的氣相進(jìn)入其他工序，液相經(jīng)泵加壓后進(jìn)入精餾塔中進(jìn)行分別，其中塔頂輕組分循環(huán)回到反應(yīng)器中連續(xù)反應(yīng)，重組分異丙苯由塔釜排出，作為產(chǎn)品。圖1異丙苯制備及分別工藝流程圖三、完成輸入規(guī)定3.1setup設(shè)置在界面中點(diǎn)擊，進(jìn)入如圖2所示界面，采納英制單位，其他均為默認(rèn)值。圖2SETUP設(shè)置界面3.2輸入組分進(jìn)入如圖3所示界面，輸入正丙醇、丙烯、異丁烷、苯和異丙苯五種物質(zhì)。圖3組分輸入3.3物性方法選擇進(jìn)入Properties輸入界面，選擇合適的物性方法，本次模擬采納RK-SOAVE物性方法。圖4物性方法的選擇3.4Streams的輸入在物性方法確定此后，在Streams輸入界面依照設(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：圖5物流（FEED）輸入3.5Block的輸入反應(yīng)器模塊輸入依照題目要求，反應(yīng)器為絕熱的，即Heatduty為0，壓力降為0。如圖6所示：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)變率為0.9，要點(diǎn)組分為C3H6。圖7反應(yīng)方程式輸入換熱器模塊輸入設(shè)定換熱器的壓力降及出口溫度，出口溫度暫設(shè)定為38℃，壓力降0.1atm。如圖8所示：圖8換熱器模塊輸入精餾塔模塊輸入1atm，回流比設(shè)定為2，并依照任務(wù)確定塔頂輕組在精餾塔模塊中，確定全塔壓力均為分苯和重組分異丙苯的摩爾分率分別為0.999和0.0001。如圖9所示：圖9精餾塔模塊輸入閃蒸罐模塊輸入依照分別要求，最后確定閃蒸罐壓力為0.02atm，溫度為29℃。如圖10所示：圖10閃蒸罐模塊輸入泵的輸入離心泵的出口壓力設(shè)定為1atm，以便能夠?qū)⑽锪陷斔瓦M(jìn)精餾塔。圖11.離心泵模塊的輸入四．模擬運(yùn)行在所有輸入完成此后，將程序進(jìn)行運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程沒(méi)有錯(cuò)誤和警告，表示程序運(yùn)行成功。程序運(yùn)行結(jié)果及各模塊運(yùn)行結(jié)果以以下圖所示：圖12運(yùn)行結(jié)果圖13換熱器模塊結(jié)果圖14反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果圖圖15精餾塔運(yùn)行結(jié)果圖圖16閃蒸結(jié)果輸出五．矯捷性解析依照流程工藝的要求，需要對(duì)過(guò)程的熱負(fù)荷進(jìn)行矯捷性解析，下面我從換熱器出口溫度、閃蒸罐溫度、壓力和回流比四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了矯捷性解析。第一，從Date菜單上單擊ModelAnalysisTool，爾后選擇Sensitivity，創(chuàng)辦S-1矯捷性解析。定義目標(biāo)變量：HEAT（換熱器所需熱量）、SEP（閃蒸罐所需冷量）、RE（精餾塔再沸器熱量）、CON（精餾塔冷凝器所需熱量）。以以下圖所示：圖17目標(biāo)函數(shù)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)詳盡設(shè)置以以下圖5.1換熱器出口溫度的矯捷度解析在Vary選項(xiàng)卡中定義矯捷性解析自變量，自變量TEMP為HEATER的一個(gè)模塊變量，設(shè)定其變量最小值20℃和最大值50℃，并確定數(shù)據(jù)間隔為3℃。以以下圖所示:圖19換熱器出口溫度變量設(shè)置點(diǎn)擊Tabulate標(biāo)簽，進(jìn)入表格定制頁(yè)面，確定表格，輸出結(jié)果為換熱器熱、分別器和精餾塔的總能耗。以以下圖所示：圖20表格定制圖21總能耗與換熱器出口溫度關(guān)系5.2閃蒸罐溫度的矯捷度解析運(yùn)行結(jié)果：圖23閃蒸溫度與熱量的關(guān)系5.3閃蒸罐壓力的矯捷度解析圖24閃蒸壓力變量設(shè)置5.4精餾塔回流比的矯捷度解析圖26精餾塔回流比變量設(shè)置圖27總能耗與精餾塔回流比關(guān)系六．確定工藝參數(shù)：依照矯捷度解析，盡可能節(jié)約能量，同時(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，換熱器出口溫度選為38℃，閃蒸罐壓力0.02atm，溫度22℃，精餾塔回流比2。最后模擬結(jié)果無(wú)誤。七．心得領(lǐng)悟：經(jīng)過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)踐，第一次接觸到了AspenPlus軟件，以前學(xué)化工的我可是聽(tīng)過(guò)這個(gè)軟件，而沒(méi)有實(shí)質(zhì)應(yīng)用過(guò)，這種未知性讓我對(duì)這個(gè)軟件的學(xué)習(xí)與使用產(chǎn)生了很大的興趣，AspenPlus軟件的功能很富強(qiáng)，在老師講解下，我們開(kāi)始了流程模擬，換熱器，閃蒸罐，精餾塔這些化工常用的裝置與設(shè)備的流程模擬，我們對(duì)化工流程有了更深入的理解?？蠢蠋熤v解操作這個(gè)軟件，感覺(jué)沒(méi)有那么難，到自己親自著手去做，卻沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，在自己練習(xí)老師所給的例題時(shí)，遠(yuǎn)行過(guò)