乙酸乙酯合成及提纯流程模拟.docx
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乙酸乙酯合成及提纯流程模拟
乙酸乙酯合成及提纯流程模拟1
一、设计任务与要求3
1.1设计任务3
1.2设计目标3
二、设计思路及流程设计4
三、工艺及操作条件5
3.1设置单位制和输出报告5
3.2输入组分5
3.3物性方法选择6
3.4物流输入6
3.5Block输入7
四、模拟运算结果13
五、灵敏性分析17
5.1T3塔的再沸器压力对乙酸乙酯浓度影响17
5.2T3塔的回流比对乙酸乙酯浓度影响18
5.3T2塔的摩尔回流比对乙酸乙酯浓度影响20
5.2T1塔的摩尔回流比对乙酸乙酯浓度影响21
六、确定工艺参数23
一、设计任务与要求
乙酸乙酯制备及分离
1.1设计任务
学号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
分子
甲烷
乙醇
丙烷
正丁烷
正戊烷
甲苯
甲醇
异丙苯
正戊烷
乙酸
(1)进口物料:
压力2atm温度120°C
流量:
乙酸和乙醇各200kmol/h,其他组分分别为5kmol/h
(2)乙酸乙酯纯度达到99%以上
1.2设计目标
(1)工艺流程的选择和论证分析
(2)全流程模拟
(3)流程优化
(4)能量集成和优化(至少有一种)
(5)动态分析(选作)
由学号确定进料中含有甲烷、正丁烷、正戊烷、甲醇、乙醇、乙酸,来制备乙酸乙酯并提纯。
查得各组分的沸点如下:
表1.1各组分沸点
组分
沸点/°c
甲烷
-161.5
正丁烷
-0.5
正戊烷
36.1
甲醇
64.7
乙醇
78.3
乙酸
117.9
乙酸乙酯
77
二、设计思路及流程设计
在本次分离任务中乙酸和乙醇为反应物,所含的杂质为甲烷,正丁烷、正戊烷、甲醇,由于甲醇对反应影响较大,故先采用一个塔将其分离出去。
根据其他烷炷的沸点比甲醇低,可以一同除去。
然后直接进行反应。
反应生成的产物中,包括乙酸、乙醇、乙酸乙酯和水,其中乙醇与乙酸乙酯较难分离,故先除去乙酸,再除去乙醇,最后通过倾析出去水。
整个工艺流程由五个部分组成:
脱杂质塔(T1),反应器(R),脱乙酸塔(T2),脱乙醇塔(T3),冷凝器(COOL),倾析器(DEC)o流程图如下:
图24异丙苯制备及分离工艺流程图
三、工艺及操作条件
3.1设置单位制和输出报告
完成流程后单击NEXT键,进入如下界面,点击setup文件夹,输入名称以
及选择单位制为米制。
Simulation
AllItems
4Setup
Specifications
团CalculationOptionsolStreamClass
IlJSolids
lJComp-Groups
t/Comp-Lists奇CostingOptions
【匚&StreamPrice
【力UnitSets回CustomUnits回ReportOptions
IPropertySets
一JAnalysis
Flowsheet
4£■Streams
>Ql
卜
<
MainFlowsheetRAD-RR-3Setup-Specifications|_+
.
|QGlobal|(^Description|AccountingjDiagnostics]Informationi
!
Title乙酸乙酯合成与分S3
三
—J1
GlobalunitsetMET■
•
.
•
InputmodeSteady-State■
Streamclass:
CONVEN•
Flowbasis:
Mole•
AmbientpressureJatm▼
Ambienttemp4283.15K―
Validphases:
■
FreewaterNo■
Operationalyear8766hr▼
■
图3-1setup设置界面
Simulation
AllItems
,LoSetup
团Specifications
回CalculationOptions初StreamClass
DLJSolids
二Comp-Groups
fComp-Lists
alCostingOptions
tWStreamPrice
fBUnitSets
JCustomUnits
寻ReportOptions
t>国PropeftySets
LJAnalysis
I2Flowsheet
,MStreams
卜G2
【07
Properties
3.2输入组分
进入如下界面
MainFlowsheetRAD-RR-3Setup-ReportOptions+
GeneraljFlowsheet;Blockj^Stream|Property|ADA
JGenerateastandardstreamreportJIncludestreamdescriptions
Itemstobeincludedinstreamreport
FlowbasisFractionbastsStreamformat
V:
Mole
]Mass
Std.liq.volume
□Mole
JMass
□Std.liq.volume
TFF:
GENJ■
oStandard(80characters)
Wide(132characters)
./Sortstreamsalphanumerically
JComponentswithzerofloworfraction
IncludeStreamsExcludeStreamyPropertySetsComponentAttributes
StreamNamesBatchOperationSupplementaryStream
图3-2输出报告设置界而
]OXiedtg\|itfm4«um.hnnuiiHmUiHUlIUu»»eaDotMe|
主OfrtMrm
蓟如HHtD"M
.Cw <.^1M0IMUUISlM3l9tJAf^.fltnci 3]Utfhr(nd・ppetg JVfbc£h■.心mom^3迎ugtwnpofwih囱C^KAHltASrAuttflJHenryCw^pBflir4fM: 6^upt,rei/wun •0Mrthutft 2! <*ct (nn^wwtII CIU OMBOBI CIMi C4H1»9) (HM) CWUJRl wan*t4MK>at *Mr44»tit4« C4HU1IMM1C1MUI4J90WI H»(MKJM 图3-3数据库选择界而 3.3物性方法选择 选择物性方法与模型为PENG-ROB Methods-Specifications Propertymethods&options MethodfilterALL Basemethod: PENG-ROB Henrycomponents: Petroleumcalculationoptions Free-watermethod: STEAM・TA Watersolubility: 3 Electrolytecalculationoptions ChemistryID: /Usetruecomponents Properties AllItems 4qSetup 列Specifications CalculationOptions 七UnitSets 动ReportOptions 4_&Components SISpecifications 2MolecularStructure 」Assay/Blend 由LightEndProperties □PetroCharacterization IPseudocomponents o]ComponentAttributes /HenryComps 51UNIFACGroups I2Polymers 4fillMethods .^1Specifications| 【1«MMhcrU Properties Methodname PENG-ROB▼;MethodsAssistant. Modify EOS: ESPRSTD Dataset: 1斐 Liquidgamma: • Dataset圈 Liquidmolarenthalpy: HLMX106 LiquidmolarvolumeVLMX20 □Heatofmixing _JPoyntingcorrection Useliquidreferencestateenthalpy 图3-4物性方法与选择 3.4物流输入 进入steams界面,输入物料的温度、压力以及流率。 选择Mole-Flow,将单位改为kmol/hr。 |©Mixed |QSolid NCSolid| FlashOptions|EOOptions|Costing Information 口11 FlashType Totak425 cSpecifications 〜ReferenceIemperature 图3-5物流输入界而 3-5Block输入 脱甲醇塔(T1): ©Configurationj©StreamsQPressureQCondenserQReboiler3-Phase|Information Setupoptions Calculationtype Equilibrium ■ Numberofstages: 38 sV StageWizard Condenser Total ▼ Reboiler Kettte ▼ Validphases: Vapor-Liquid ▼ Convergence Standard ▼ Operatingspecifications Refluxratio ▼Mole ▼16538 Distillatetofeedratio ▼Mole ▼0-059 Freewaterrefluxratio: 0 FeedBasis 1©Configuration| GStreams|Pressure|©Condenser| ©Reboiler 3-Pha: e|Information Feedstreams NameStageConvention 1 24 Above-Stage Productstreams Name Stage Phase Basis Flow Units FlowRat 1 Liquid Mole kmol/hr 38 Liquid Mole kmol/hr Pseudostreams Name PseudoStream LType Stage InternalPhaseReboilerPhase ReboilerConditions Pumparound 1ID_J Pu C : ©Configuration|©Streams| ©Pressure|©Condenser| ©Reboiler B-PnaseInformation View: Top/Bottom▼ Topstage/Condenserpressure Stage1/Condenserpressure1atm Stage2pressure(optional) oStage2pressureatm (_)Condenserpressuredrop: atm Pressuredropforrestofcolumn(optional) oStagepressuredrop: atm 。 Columnpressuredrop: atm 图3-6T1设置 (2)反应器(R): 乙醇转化率0.9,温度393.15K,压力latm。 Specifications: |QReactions|Combustion|HeatofReactionjSelectivity|PSDjCon Operatingconditions FlashType Temperature▼ Pressure▼ Temperature 393.15 K▼ Pressure 1 atm▼ Duty: cal/sec■ Vaporfraction: Validphases Vapor-Only 图&7R设置 反应器内发生的反应设置如下: OSpecifications(^ReactionsCombustionjHeatofReactionjSelectivityjPSDjComponentAttr.IUtilityIInformation 。 EditStoichiometry 图3-8反应方程式输入 (3)脱乙酸塔(T2): Mole ▼8 Mole ▼0.8 ^CcnfiguraticnStreams Distillatetofeedratio PressureI(^Condenser1<>ReboilerInformation Numberofstages: 35 _0 StageWizard Condenser Total ▼ Reboiler Kettle ▼ Validphases Vopor-Liquid ■ Convergence: Standard ▼ Equilibrium Operatingspecifications Refluxratio Setupoptions Calculationtype: Freewaterrefluxratio: QGsnfigura^ion] ©Streams;©PressureiCondenser 1—二•二.•二—二,.n( ©Reboiler 3-Phase Information ■ Feedstreams Name Stage Convention [4' 10 Above-Stage Productstreams Name Stage Phase Basis Flow Units Flow 5 1 Liquid Mole kmal/hr 6 35 Liquid Mole kmol/hr Pseudostreams Name PseudoStream Stage InternalPhaseReboilerPhase Reboiler Pumparound Type Conditions ID ©Configuration ! ©Streams| ©Pressure |©Condenser-P©ReboileT*|3-Phase|Information' View: Top/Bottom• Topstage/Condenserpressure Stage1/Condenserpressure1atm Stage2pressure(optional) oStage2pressureatm Condenserpressuredrop: atm Pressuredropforrestofcolumn(optional) OStagepressuredrop: atm Columnpressuredrop: atm 图3-9T2设置 (4)脱乙醇塔(T3): I©Specifications|CalculationOptions*ConvergenceIInformation Columnspecifications Numberofstages: oRefluxratio: -1.2 Pressure Condenser: 2atm▼ Reboiler2atm▼ Keycomponentrecoveries Lightkey: Comp: WATER Recov: 0.98 Heavykey: Comp: C2H6O-01 Recov: 0.007 。 Totalcondenser Partialcondenserwithallvapordistillate Partialcondenserwithvaporandliquiddistillate Totalcondense^liquiddistillateisat IX—TwIr■♦一••ix■■.rc4 L 图3-1013设置 (5)冷却器 ©Specifications|FlashOptions|Utility\Information Flashspecifications FlashTypeTemperature Pressure Temperature 298.15 K ▼ Temperaturechange \k* Degreesofsuperheating: [k• Degreesofsubcooling: Pressure i2j atm ▼ Duty: cal/sec — Vaporfraction: Pressuredropcorrelationparameter Vapor-Liquid ▼ 图3-11COOL设置 (6)倾析器(DEC): ©Specifications1CalculationOptions'Efficiency |EntrainmentUtility|Information Decanterspecifications Pressure 1 atm▼ oTemperature: 298.15 K▼ ODuty: cal/sec. Keycomponentstoidentify2ndliquidphase Keycomponents WATERC4H8O-01 << Availablecomponents CH4C2H6O-01C3H8C4H10-01 CH4OC5H12-01C2H4O-01 Keycomponentthresholdfor2ndliquidphase Componentmolefraction: 0.5 图3-12DEC设置 四.模拟运行结果 运行程序,没有出现错误与警告。 运行结果如下: ■心)tn*,l上 MeUnti[•f侦,*•UlTOMMUl tr・—•.. : Summary il••••♦•♦■.•••—♦« i|Balance SplitFraction Reboiler Utilities StageUtilitiesGStatus Basis: 图44运行结果 Condenser/Topstageperformance Name Value Units . Temperature Subcooledtemperature 123.947 K 8 Heatduty Subcooledduty -1.15133e+06 cal/sec ♦ Mole Reboiler/Bottomstageperformance Name Value Units . Temperature 363324 K G Heatduty 205390 cal/sec Bottomsrate 399925 kmol/hr日 Boiluprate 76.8969 kmol/hr w 图4-2精儒塔T1运行结果 |Summary| Balance|PhaseEquilibriumReactions|Selectivity^ UtilityUsage| ©Status Outlettemperature 393.15 K ▼ Outletpressure: 1 atm ▼ Heatduty: 917419 cal/sec ▼ Netheatduty: 917419 cal/sec ▼ Vaporfraction: 1 1stliquid/Totalliquid: K4-3反应器运行结果 Summary|Balance|SplitFractionjReboilerUtilities! StageUtilities|QStatus Basis: Mole▼ Condenser/Topstageperformance Name Value Units Temperature
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