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使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化异丙苯制备及产物杂质分离Design and Optimization on the Isopropyl目录BenzeneTechnology7 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：徐爽学 号：指导教授：王水北京化工大学化学工程学院二零一五年一月十二日80466-、设计任务与要求1. 异丙苯制备给定条件学号1234567890分子甲烷丙烯丙烷正 烷正戊 烷甲苯乙醇异丙 苯正戊 烷苯（1）进口物料：压力，温度120 C流量：苯和丙烯各60kmol/s，其他组分分别为10kmol/s（2） 反应器：丙烯转化率，压力降、热负荷为：0（3）换热器：压力降atm（4）精馏塔：要求压力为1atm （全塔），塔釜苯摩尔含量为2、物性数据我的学号为甲烷CH4,沸点丙烯C3H6，沸点正戊烷C5H12，沸点苯C6H6，沸点异丙苯C9H12，二. 流程设计根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：图1异丙苯制备及产物杂质分离流程图整个流程主要有六种化工设备组成：反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、闪蒸罐 （SEP）、压缩机（COMPR）、混合器（MIXER ）及精馏塔（DSTWU）。原料（FEED）以及循 环回来的苯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；从闪蒸罐出来的重组分正戊烷、苯、异丙苯液相经泵加压后进入T1精 馏塔中进行分离，塔顶轻组分为正戊烷，塔底重组分为苯和异丙苯；T1塔底重组分进入T2精馏塔分离，塔顶为苯，它将与T3塔的丙烯一起循环至进料段，作为原料作为产品；经过 冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸后的气相经过压缩升温加压进入T3精馏 塔实现甲烷和丙烯的分离。三、完成输入设定SETUP设置图2 SETUP设置图输入组分进入如图所示界面，输入各组分如下：图3组分输入物性方法选择进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用选用RK-SOAVE物性方法，如图：UNIFAC GroupsComp-Groups0Comp-Li stsj±) f3"! PolymBirs()Atfer-Gcaling碰 Prapcrti«£SpecificstionE0Property Methodej±) f3"! Estimation0Molecular Strurture0Paramsters：Dsrra:j -Analysis0Prop-£stsj±) f3"! Advanced壬 CAPE-OPEN PackageE)Flcwshest'/GloballFlowsheet GeclionsR eferencedRocess tpe:COMMON *Base methcd:R-50VE Henrii rompzments:Petroleum calculation cplions：Fretviater melhad:汀 EAM TA 二'".'/bsr solubiSty二Ropertp methods & nnodBlsElectrohrte calculation opticns-Chemistry ID:|三v* U 芭后 true componertsProperty method:HKCDaVI： 二 .|' M odfy piopeity rroddstubData set:1 日Liqud gemma:Data aet:wLiquid mrJthalpy:HLMX107 _Liquid vdumc:r* Heal of miMiny厂 Popntirg carrecticriP Use Iq. refertncestate erthalpy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：R:;E0iaB.B¥ Parame-iers°i Dat讶二| AnalysisU Prop-Sets.' Advanced卫 CAPE-OPEN PackagesFlovshe-tt司 SectionStreams剑 C-OUT由 FEED:。inputH Results:EO VsrisblBESpecifications! Optiarrs |Carrnzonent Atti. | EOOrdons Ref TerTpeidluieCosting Ie!.£.;.回：ITI| Custom Stream R.esiHl-OUTH2-OUTM1L-0UTDz?nrn.irr主要Block的输入Stain -/arable?lerTnpoietureV13：iCFPressuie1-血T Dial HdatMoleIIhnnL'krSoMent:IdCompositionSubrBam name: TmimecCampcinentVaJjBCH410C3HG-2GOC5HI2-IcCENGGOC3H12-2Mijle-Fbc-1-.1 | Ikri-pjl/sec »|Ti-i. Ii in图5物料输入根据题目要求，反应器为绝热的，即热负荷为0,压力降为0。如图6所示：2i-Gd®E-;.s-:±l：曰H2MIXER1M1XER2REACTORSetup,，ConvergenceEJyridrric”0 B ock OpticnsM Results(J EO Variables,ED Input；Spec Grcups* rt : » n » _> > Ia./Specifications| ZReaLtions | Combustbn | Heal of Reaction Selectivity | PSIPretsurenatniHeat djtyTUBtu/hrOperating condibonsValid phases"apcjr-Liquid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，关键组分为C3H6。界面如图所示：图7反应方程式输入换热器模块输入设定换热器H1的压力降及出口温度，出口温度暂设定为10°C，压力降。如图8所示：-/Specifications jRashOi:>nsUtil也 |为H-囱国 EN0 |卒T << |面| >> 圈 & N】气夕XHcuirueEDynHrnicBlock OptionsResults-EO VariablesEO InputSpec GroupsPortsStream Rtsuks0-Stream eE Blocksj & 田 COM PRj百卸Hl图8换热器H1模块输入设定换热器H2的压力降及出口温度，出口温度暂设定为60C，压力降。如图9所示：图9换热器H2模块输入闪蒸罐模块输入根据分离要求，设定闪蒸罐压力为，热负荷为0。如图10所示：图10闪蒸罐模块输入如图11图11压缩机模块输入精馏塔模块输入在精馏塔T1模块中，确定全塔压力为1atm，回流比设定为，并根据任务确定塔顶轻组分正戊烷和重组分苯的摩尔分率分别为和。如图12所示：图12精馏塔T1模块输入在精馅塔T2模块中，确定全塔压力均为1atm，回流比设定为，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，采用分凝器。如图13所示：0 InputStream Results -Custom Stream Resi Model EummairyInputClock OptionsResultsED VariablesED InputStream RrsultsCuE±Dm Stream RsejiModel Summary/Spccifi&Qitions Cafcdalion Upban$ | Ccrr/argenra |CoLmn specific 日 tiemNumber ofFil l Jtinliii15l.RKeji component lecoveriesLight key:Comp:Recov:0.95Heavp keyn .ita-1；.? VHccc: U.LL1iLaidanssr:1atiriRebair:1a UnTPressuieTotal condcnciPdrlial condensei mUi 占I '/apor dstilatePartial condBncer kith vapor arid hquid ditlillaieDiTljlhte 牛叩e Iracbcn;四用eng << 网 » I画 9 N*InputBlock Options*图13精馏塔T2模块输入在精馅塔T3模块中，设定全塔压力均为，回流比设定为3,并根据任务确定塔顶轻组分甲 烷和重组分丙烯的摩尔分率分别为和，采用分凝器。如图14所示：j Input囱田 TmH -I <- * « AH I » 口面卸 N子时 Q X 暧-.-.-.-.学.-.-.-.-.-.-.-.aResultsEO VariablesEO InputSpec GroupsPortsStream RewI代Cuslom Stream R.esiModel Summary'/specificalionlCalculalian Opbcns I Convs'genzeEdumn 叩ec阮ahcirESP Number of stages.商 Fiellux ratio:PressuieCondenser:MPaRetciier:MPaInputBlock OptionsResultsEO VariableEO InputSpec GroupsPortsStream ResultsCustom Stream ResiModel SummaryKey coTponent recaveriesLtH k印：EmdensEf pecihcationsL r otal cartfenier国 Partial ccndenss- Tth al '/apar di&bllatePartial cendenser 球h vapor and (quid disHlels5阳1迥 v-DDor fiaction: 1图14精馏塔T3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：jH1DUT "HJOJT1如TREIM,测 TM *MT jiiul>i punruu'ii二三EE:士诲二三:涪-：勺"：/re:4网*一碘j-r三：一三匚'.W"三nH 二"E三,：；:：T.U ?1三丘三：?J-L:-:任：?：:；)'I）：'：；:匚:-：.-3'-1：""S-J''r：-:：i:"S-:-=：.!:三:;E於:二：三：)：T片:三:?二；顶:：/三：.-!:?P:三J/'二三-：；二图15主要物流摩尔分率图16反应器模块结果图17换热器H1模块结果国.也EModel SummaiyRe suitsEO VariablesStream ResultE；Custom Stream R.esiModel SummairyH2Ig Resulfc淳 EO VariablesBl Stream Results0 Custom Stream FS.es« Model Summary M1XER1二 A - << IrbsuIis -|>> 口画潞 N，芯疚 X 段 Summary Balance I Phase Equiibrium I Utlity UsageOutlet tsirperature:socOutlet pressure:J.iUbJbcrVapor fiaction:0.12810D65Heal duty:1177.S6D01GcaLhrNet duly:1177.36D01Gudl/hiT1 :t liquid i T ota licuic:1Piessure-drop correlaUon parameler:0.00192343Block results summary图18换热器H2模块结果图19闪蒸罐模块结果图20 SEP模块结果图21精馏塔T1模块结果图22精馏塔T2模块结果图23精馏塔T3模块结果五. 灵敏性分析分析回流比对精馏塔实际板数的影响，以T1为例，其他两个塔只各给出一个结 果图。图24 T1精馏塔回流比与实际塔板数灵敏度分析输入图25 T1精馏塔回流比与实际塔板数的关系类似得到T2和T3的图图25 T2精馏塔回流比与实际塔板数的关系图26 T3精馏塔回流比与实际塔板数的关系六. 确定工艺参数:根据灵敏度分析，精馏塔回流比，。以此三个回流比分别输入，得到19块 板，块板，块板。七心得体会aspen在化工模拟过程中有着巨大的优势，通过几天的学习，初步熟悉了 aspen的操作，需要足够的耐心来改参数，甚至换流程。对于不久的毕设将有 很大帮助。