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大作业
异丙苯制备及分离流程模拟
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：
屈一新教授
北京化工大学化学工程学院
二零一五年一月十九日
目录
异丙苯制备及分离流程模拟....................................................................................................1
一、设计任务与要求................................................................................................................1
1.设计任务........................................................................................................................1
二．流程设计............................................................................................................................2
三.工艺及操作条件................................................................................................................4
3.1setup设置....................................................................................................................4
3.2输入组分....................................................................................................................5
3.3物性方法的选择........................................................................................................5
3.4Streams的输入...........................................................................................................6
3.5BLOCK的输入..........................................................................................................6
3.5.1反应器模块的输入..........................................................................................6
3.5.2换热器模块输入..............................................................................................7
3.5.3精馏塔模块输入..............................................................................................8
3.5.4闪蒸罐模块输入..............................................................................................8
3.5.5泵的输入..........................................................................................................8
四，模拟运行...........................................................................................................................9
五．灵敏性分析......................................................................................................................12
5.1精馏塔回流比的灵敏度分析...................................................................................13
5.2换热器出口温度的灵敏度分析...............................................................................14
5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析......................................................................................16
六．确定工艺参数：
.............................................................................................................18
七．心得体会.........................................................................................................................18
一、设计任务与要求
1、设计任务
我的学号为xxxxxxx，分别对应着分子为：
苯、甲烷、丙烯、正戊烷、乙醇这五种原料进行异丙苯的制备和分离。
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
查得各组分的沸点如下：
组分
沸点/℃
甲烷
-161.5
苯
80.1
丙烯
-47.4
异丙苯
152.4
正戊烷
36.1
乙醇
78.4
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
反应器（REACTOR），换热器（HEATER），闪蒸罐（SEP），精馏塔（DSTWU）
三.工艺及操作条件
3.1设置单位制
完成流程后单击NEXT键，进入如下图2界面，点击setup文件夹，输入名称以及选择单位为米制。
图
图2setup设置界面
3.2输入组分
进入Components界面，分别输入苯、甲烷、丙烯、正戊烷、乙醇和异丙苯，
如下图3所示
图3组分输入界面
3.3物性方法选择
本次模拟选用RK-SOAVE方法。
如下图4所示
图4物性方法与选择
3.4物流输入
进入如下图5的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/sec
图5物流输入界面
3.5Block输入
3.5.1反应器模块的输入：
丙烯转化率0.9，压力降、热负荷为：
0。
如下图6
图6反应器设置
反应器内发生的反应为：
C6H6+C3H6=C9H12C3H6，丙烯的转化率为0.9。
反应方程式的输入如下图7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70℃，压力降-0.1atm。
如下图8所示。
图8换热器模块的输入
3.5.3精馏塔模块的输入
在精馏塔模块中，确定全塔压力均为1atm，回流比设定为1.8，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0.996和0.0001。
如下图9所示。
图9精馏塔模块的输入
3.5.4闪蒸罐模块的输入
根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为0atm，热负荷为0Btu/hr。
如下图10所示。
图10闪蒸罐模块的输入
3.5.5泵模块的输入
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，如下图11所示。
图11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。
如下图12所示。
图12无错误和警告截图
程序运行结果及各模块运行结果如下图13、图14所示。
图13运行结果
图14Aspen运行结果截图
1反应器模块运行结果
如下图15所示
图15反应器模块运行结果
2精馏塔模块运行结果如下图16所示。
图16精馏塔模块运行结果
3闪蒸罐模块运行结果如下图17所示。
图17闪蒸罐模块运行结果
4换热器模块运行结果
如下图18所示
图18换热器模块运行结果
五.灵敏度分析
定义的变量有：
QCOND（塔顶冷凝器消耗热量）、QREB（塔釜冷凝器消耗热量）、QCOOL（换热器消耗热量）、QSEP（闪蒸罐消耗热量）。
变量定义如下图19所示
图19定义变量
表格制定如下图20所示
图20制定表格
5.1精馏塔回流比灵敏度分析
自变量回流比（RR）为DSTWU的一个模块变量，设定其变量变化范围设置为1.5——3，并确定数据点为10个。
设置如下图21所示
图21回流比的设置
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。
运行后，对结果作图。
如下图23所示
图22回流比数据
图23总能耗与精馏塔（DSTWU）回流比关系
5.2换热器出口温度灵敏度分析
自变量温度（TEMP）为HEATER的一个模块变量，设定其变量最小值335K和最大值370K，并确定数据点为10个。
设置如下图24所示
图24出口温度设置
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。
运行后，对结果作图。
如图26所示：
图25温度数据
图26总能耗与HEATER出口温度关系
5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析
自变量压力（PRES）为SEP的一个模块变量，设定其变量变化范围设置为O.147——4.41，并确定数据点为10个。
如下图27所示
图27闪蒸罐压力变化范围设置
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。
运行后，对结果作图。
如图29所示：
图28闪蒸罐压力数据表
图29总能耗与闪蒸罐压力的关系
六.确定工艺参数
根据以上的灵敏度分析，换热器出口温度越高，整个体统的能耗越小，整个系统的能耗随着压力先减小后增大。
尽可能节省资源，同时保持产品质量，经综合考虑，确定换热器的温度为71℃，闪蒸装置压力降为0.1，能量消耗最小。
回流比为1.5。
七、心得体会
在短短的一周时间里，我们开始了对Aspen软件的使用，虽然在机房只是进行了很初级的工艺模拟，但是也让我了解到了Aspen软件对于化工专业的重要性，它给我们提供了模拟的便捷性，通过Aspen的模拟使我们大大减少了工作量，虽然在短时间内还不能熟练掌握这个软件，但通过老师的讲解和指导，还是给我们初学者很大的帮助，我相信在以后很长的一段时间里都会使用到Aspen软件。
最后，感谢屈一新教授的精致讲解以及王水老师的悉心指导。
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