使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化.docx
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使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化
使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化(总20页)
异丙苯制备及产物杂质分离
DesignandOptimizationontheIsopropylBenzeneTechnologyProcess
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:
北京化工大学化学工程学院
二零一三年一月十九日
一、设计任务与要求
1、设计任务
异丙苯制备及分离
学号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
分子
甲烷
丙烯
丙烷
正丁烷
正戊烷
甲苯
乙醇
异丙苯
正戊烷
苯
(1)进口物料:
压力1.1atm温度120C
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0.9,压力降、热负荷为:
0
(3)换热器:
压力降-0.1atm
(4)精馏塔:
要求压力为1atm(全塔),
塔釜苯摩尔含量为0.001
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异丙苯制备及产物杂质分离流程图
三、完成输入设定
3.1SETUP设置
在Title栏输入学号200911257,点击
进入下一步。
图2SETUP设置图
3.2输入组分
进入如图所示界面,输入数据如下:
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,本次模拟选用选用RK-SOAVE物性方法,如图:
图4物性方法选择
3.4Streams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:
图5物料输入
3.5Block的输入
3.5.1反应器模块输入
根据题目要求,反应器为绝热的,即热负荷为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。
界面如图所示:
图7反应方程式输入
3.5.2换热器模块输入
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
3.5.3精馏塔模块输入
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
3.5.4闪蒸罐模块输入
根据分离要求,最终确定闪蒸罐压力为0.1atm,温度为23℃。
如图10所示:
图10闪蒸罐模块输入
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:
图11运行结果.
图12换热器模块结果
图13反应器模块结果
图14精馏塔模块结果
图15闪蒸罐模块结果
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ModelAnalysis
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:
图16目标函数的设定
图17闪蒸罐和换热器能量设置
图18精馏塔的能量设置
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25F和最大值50F,并确定数据间隔为3F。
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
5.2闪蒸罐温度的灵敏度分析
接下来依次修改自变量,进行模拟,如图:
闪蒸罐温度:
图22闪蒸罐温度变量设置
图23总能耗与闪蒸罐温度关系
5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析
图24闪蒸罐压力变量设置
图25总能耗与闪蒸罐压力关系
5.4精馏塔回流比的灵敏度分析
图26精馏塔回流比变量设置
图27总能耗与精馏塔回流比关系
六.确定工艺参数:
根据灵敏度分析,尽可能节省能量,同时保证产品的质量,综合考虑,换热器出口温度选为38℃,闪蒸罐压力0.1atm,温度23℃,精馏塔回流比2,共12块实际塔板。
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,对于今后的工作学习有很大帮助.
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