软件实习大作业异丙苯制备及分离流程模拟(ASPEN)

异丙苯制备及分离流程模拟

Design and Optimization on the Isopropyl Benzene

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：教授

北京化工大学化学工程学院

二零一一年十二月三十日

目录

异丙苯制备及分离流程模拟 (1)

一、设计任务与要求 (3)

1、设计任务 (3)

二．流程设计 (4)

三.完成输入设定 (5)

3.1 setup设置.................................. . (5)

3.2 输入组分 (5)

3.3 物性方法的选择 (6)

3.4 Streams的输入............................................................ .. (6)

3.5 BLOCK的输入........................................................ .. (7)

3.5.1 反应器模块的输入........................................ .. (7)

3.5.2 换热器模块输入...................................... .. (9)

3.5.3 精馏塔模块输入........................................................ (10)

3.5.4 闪蒸罐模块输入...................................................... .. (10)

3.5.5 泵的输入............................................................... .. (11)

四，模拟运行 (13)

五．灵敏性分析 (16)

5.1 换热器出口温度的灵敏度分析 (18)

5.2 闪蒸罐温度的灵敏度分析 (20)

5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析........................................................ .. (21)

5.4精馏塔回流比的灵敏度分析.............................................. .. (22)

六．确定工艺参数：....................................................................................... . (24)

七．心得体会........................................................................................ (24)

一、设计任务与要求

我的学号为，包含0、1、2、7、8五个数字，对应甲烷、丙烯、正丙醇、异丙苯、苯这五种原料，进行异丙苯制备及分离

（1

流量：苯和丙烯各40kmol/s，其他组分分别为5kmol/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0.0001

二、流程设计

根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：

整个流程有五部分组成：反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、闪蒸罐（SEP）、泵（PUMP）及精馏塔（DSTWU）。

原料（FEED）首先进入反应器进行反应，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中进行冷凝，经过冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐进行闪蒸，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，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。

图1 异丙苯制备及分离工艺流程图

三、完成输入规定

3.1 setup设置

在界面中点击，进入如图2所示界面，选用英制单位，其余均为默认值。

图2 SETUP设置界面

3.2 输入组分

进入如图3所示界面，输入正丙醇、丙烯、异丁烷、苯和异丙苯五种物质。

图3 组分输入

3.3 物性方法选择

进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用RK-SOAVE物性方法。

图4物性方法的选择

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：

图5物流（FEED）输入

3.5.1反应器模块输入

根据题目要求，反应器为绝热的，即Heat duty为0，压力降为0。如图6所示：

图6反应器模块输入

接下来设置反应方程式，点击Reactions选项卡，在界面中点击New..，新建反应，方程式为：C3H6+C6H6=C9H12

转化率为0.9，关键组分为C3H6。

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38℃，压力降0.1atm。如图8所示：

图8换热器模块输入

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0.999和0.0001。如图9所示：

图9精馏塔模块输入

根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为0.02atm，温度为29℃。如图10所示：

图10闪蒸罐模块输入

3.5.5 泵的输入

离心泵的出口压力设定为1atm，以便能够将物料输送进精馏塔。

图11.离心泵模块的输入

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12 运行结果

图13 换热器模块结果

图14 反应器运行结果图

图15 精馏塔运行结果图

图16 闪蒸结果输出

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Model Analysis 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：

目标函数具体设置如下图

5.1换热器出口温度的灵敏度分析

在Vary选项卡中定义灵敏性分析自变量，自变量TEMP为HEATER的一个模块变量，设定其变量最小值20℃和最大值50℃，并确定数据间隔为3℃。如下图所示:

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：

图20 表格定制

图21 总能耗与换热器出口温度关系