乙酸乙酯的制备与分离流程模拟.docx

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乙酸乙酯的制备与分离流程模拟

乙酸乙酯的制备与分离流程模拟

DesignandOptimizationontheEthylAcetate

TechnologyProcess

一级学科：

化学工程与技术学科专

业：

化学工程与技术学号：

班级：

姓名：

指导教授：

北京化工大学化学工程学院

二零一七年

上板跳修流程图

目录4

7设计任务与设计目标

7

1.1设计任务7

1.2设计目标7

2物性数据

7

3工艺流程的选择和论证分析

8

检流程模拟的输入设定

10

4.13etup设置10

4.2组分输入10

4.3物性方法设置11

4.4gtteam.A11

4.5Hfadio/i输入12

4.6”的输入74

4.&7精微塔的输入14

4.6.8闪蒸罐模块的输入15

4.6.9反应精储塔氏逸）的设置15

4.6.10离器的输入

21

闪蒸罐

6.2反应精储塔

24

6.3能量集成

7设计任务与设计目标

1.1设计任务

我的学号是。

。

。

，包含数字。

、7、2、6、9,设计任务中有甲烷、乙醇、甲苯、正戊烷、乙酸6种物质，乙静与乙酸反应生成乙酸乙酯和水。

表7"设计任务物质列表

学

号

1

2

J

4

5

6

7

8

9

0

分

烷

乙

醉

内

烷

正

「烷

正

戊烷

屮

於

甲

醇

异

内聚

正

戊烷

乙

酸

（7）进口物料：

压力温度72o°C

流量：

乙酸和乙醇各6泌m。

〃从其他组分分别为

（2）乙酸乙酯纯度达到99%以上

£2设计目标

（7）工艺流程的选择和论证分析

（2）全流程模拟

（J）流程优化

（4）能量集成和优化（至少有一种）

（6）动态分析（选作）

£物性数据

各物质的主要物性数据如表21所示:

表27各物质主要物性参数

物质

相对分子质

量

相对密度

熔点t7

沸点r

乙醇

46.07

0.78945

-774.J

78.4

乙酸

60.05

1.050

16.7

118.3

乙酸乙酯

88.106

0.8945

-83.6

77.10

水

78.02

1

0

100

甲苯

92.14

0.866

-94.9

110.6

正戊烷

72.14

0.626

•129.8

36.1

甲烷

16.043

0.42

・7826

-167.5

3工艺流程的选择和论证分析

根据合成及分离要求，通过对过程的分析，在〃觎纟寸々/%?

软件上建立乙酸乙酯制

备与分离的工艺流程图，如图占7所示：

IFL4XJUTI

FLASH

|SEPqUT

jRAD-0

*0

[PRODUCT|

图第7工艺流程图

原料液旳刀首先进入精馀塔刀进行初步的乙酸与乙醇的分离，塔顶得到轻组分

刀刀〉主要包含乙醇与正戊烷、中苯和中烷，塔釜得到重组分扰已主要为乙酸。

物流进入闪蒸罐型#&#进行乙醇与正戊烷、甲苯、甲烷的初步分离，闪蒸罐上部的气相物流取丹•。

啊主要包括大部分的正戊烷和中烷及小部分的甲苯，闪蒸罐下部液相物流oaO%#主要包括乙醇及部分甲烷等。

回收的乙醇㈤b”和乙酸扰£物流分别从不同位置进入精储塔火电，进行酯化反应，塔顶物流的钟/主要为生成的乙酸乙酯和水，以及未发生反应的乙醇，塔釜物流成vw主要为未发生反应的乙酸，可选择回收程序回收使用。

带有产物乙酸乙酯的物流出4/秒被送入组分分离器式0进行分离,最终得到产物物流论明夕％5/,其中乙酸乙酯的纯度为99.9%o

4全流程模拟的输入设定

么Z皿华设置

流程建立以后，点击〃”进入参数设置，g号设置如图4-7：

Diagnostics

'/Global|'/Description|AccountingI

Title：

Inputdata:

MET

▼

Output

MET

▼

Unitsofmeasurement

Global

settings

Flowshee

Runtype:

Steady-State

T

Inputmode：

COWEN

▼

Flowbasis：

Wole

▼

Ambient

1.01325

bart

pressure:

10-

3▼

Ambient・ternp・;

▼

Validphases：

:

Xo

▼

Freewater:

8766

hiv

图少设置界面

么纟组分输入

根据设计要求，原料中包括甲烷、乙醇、乙酸、正戊烷、甲苯组分，同时产物中包括乙酸乙酯和水，组分输入界面如图42。

SelectionIPetroleumNonconventionalEnterpriseDataba$e

Definecomponents

ComponentID

Type

Corfiponentname

Alias

►

CH4

Conventional

METHANE

CH4

ETHA

Conventional

ETHANOL

C2H6O-2

C5

Conventional

N-PENTANE

C5H12-1

C7

Ccinventional

TOLUENE

C7H8

Conventional

ACETIC-ACID

C2H402-1

EA

Conventional

ETHYL-ACETATE

C4H802-3

H20

Conventional

WATER

H20

米

图4-2组分输入界而

JO

么3物性方法设置

组分输入完成后点击小t进入历界面，选择物性方法成见存已如图43o

JGlobalFlowsheetSectionsIReferenced

Propertvmethod:

models

ALL

▼

Processtype:

Base

NRTL-HOC

▼・

Henry

▼

Propertymethods：

&

NRTL-HOCHI

options

STEAM-TA

▼

Water

3

▼

Petroleumcalculation

Electrodecalculationoptions

S/Usetruecomponents

VaporEOS:

ESHOC

▼

Dataset:

1

二

Liquidgarnr:

GMRENON

▼

Datas&t:

Liquidenthalpy:

HLMX80

▼

Liquidvolume;

VLMX01

T

pHeatofmixing

PPoyntirtgcorrection

Useliq・reference-state

图43物性方法选择界而

4.4输入

物性方法选择完成后，点击Swrf查看相互作用系数后，再次点击次逐进入物流8Ma/n3输入界面，完成对进料物流代费的输入，进料条件为：

温度72。

°C、压力2afm,乙酸与乙

醇流量为SOOhnoL/k烷、甲苯与正戊烷流量为勿尬ko如图4>4n

/SpecificationsjFlashOptionsjPSD]ComponentAltr.[EOOptionsCosting

Substreamname：

|«/MIXED—J

State

RefTernpersture

Composition

|Temper-

C

zj

7

120

I

Pressure

■

2

Iatm

■

J

Totalflow:

Wole

▼

T

emo1/hr

▼

Solvent;

T

Mole-Flow▼kmol/hr▼[

Component

Value

CH4

20

ETHA

500

C5

20

C7

20

►

姐

500

EA

H20

4.£成输入

点击0”ffactZon，进入6"。

managfifi界|H1,

设置化学反应衣厶选择反应类型为

如乎如Q&,如图46所示。

QRsclQns▼回国

SetupComponentsPropertiesFlowsheetStreams

Blocks

UtilitiesReactionsC]Chemistry

4Reactions

0R-lConvergenceFlowshectingOptions・ModalAnalysisTookEOCerfiguratienResultsSummaryDynamicConfiguration

如屯他包制硒0也二值0—0位傀出J®-・©-為-®•:

…】：

6—®F?

ffi丄S—

图46设置化学反应厌7界而

定义代7反应的正、逆反应，选择反应类型为股（尢自八已设置后如图46所示。

«IAT"7]»d翻部N*察夕X度

Mew..

Renarrie

Re/ed

DdctcI

d

▼国国[metcbar▼gQ«LIT二]》□战争》差/X慢

凶国倒倒倒豳D耳…a囱白白劭劭M眇卧・ol—0。

>•©I•…卧…

SetupComponentsPropertiesFlowsheet

Streams

BlocksUtilitiesReactions

Reactions

Salt]Subroutine

Chemistry

@R-lConvergenceFlowsheeting

OptionsModelAnalysisToolsEO

ConfigurationResultsSummaryDynamic

Configuration

RxnNo

Reaction

Stoichiometry

1

KINETIC

ET|陷4M■■>EA+H20

2

KINETIC

EAbH20»>ETHA/M

/Stoichiometiy]/KiretieEquilibriumj

Conversion

图46正、逆反应设定

设置正、逆反应的反应动力学，如图a7、&8Q

*/StoichiorftetrpJKinetic]Equilibrium]ConverSioriSalt]Subroutine

6Usebuilt-inPowerLaw

CUseuserkineticsubroutine

New…

Edi

Delete

1）ETHA+他及EA+H20

Reactingphase:

|J中介

PowerLawkineticexpression

IfToisspecified：

Kineticfactor=k（T/To）ne任/R）[1/T・lJTo]

IfToisnotspecified:

Kineticfactor=kTne七/RT

k;

190000000

n:

0

E:

53500000

JZkmol

▼

To:

c

▼

[Ci]ba5i$:

Molarity

▼

Editreactions

图47正反应反应动力学设置界面

j氐（・]EquilibriumIConversionSaltSubroutine

GUsebuilt-inPowerL*aw

CU5euserkineticsubroutine2JEA+H20->ETHA+M

PowerLawkineticexpression

Reacting

IfToisspecified:

Kineticfactor=k（T,

To）

巳4E'R）[1/T•1/Io]

IfToisnotspecified:

Kineticfactor=kTn&•E/RT

k:

50000000

n:

0

E：

59500000

J/kmol▼

To:

c▼

[Ci]basis：

Molarity

▼

Editreactions

图逆反应反应动力学设置界面

4.0oftme9c的输入

4.6./精储塔/7的输入

点击*rf,进入/中包模块，精锚塔d7主要用于乙醇和乙酸的分离，根据题冃要求，在精偏塔模块

中，确定全塔压降均为25n,回流比设定为7.7,并根据任务确定塔顶轻组分乙

醇和重组分乙酸的摩尔分率分别为0.999和0.0%精储塔07输入情况如图49所示。

pecifications：

ICalculationOptionsConvergence

Columnspecifications

1-Number'ofstages:

6Refluxratio:

Pressure

Condenser:

1

Reboiler:

11

atmL

atm_

Kevcomponentrecoveries

Light

ETHA

Comp:

Recov:

（0.999

Condenserspecifications

Totalcondenser

rPartialcondenserwithallvapordistillate

LPartialcondenserwithvaporandliquiddistillate

Distillatevaporfraction:

0

Heavykey;

Comp:

Recov:

10.001

图@9精微塔。

7的设置界而

4.6.2闪蒸罐模块的输入

点击必必，进入〃模块输入，闪蒸罐取#主要用于分离乙酸和乙醇，设置如图42所示。

^/Specifications：

；FlashOptions|Entrainment1Utility|

图4"闪蒸罐疗/6〃的设置界面

4.6.3反应精储塔次心的设置

反应精循塔采用应通加模块进行模拟，精锦塔模块参数设置如图477所示。

ConfigufdtionjSbeams]-^PressurejJCondenser；

ThermosiphonConfig.

|

2-Phase

Setupoptions

Calculationtype:

Equilibrium-jJ

Numberofstages:

25乞

Stagewizard|

Condenser:

Total

▼

Reboiler:

ketlte;

▼

Validpha$e$:

Vapor-Liquid

▼

Convergence:

Azeotropic

Operatingspecifications

Distillaterate

Mole二

600

kmol/hr▼

|Refluxratio二j|Mole二j

2

1F

Freewaterrefluxratio;Feedbasis

图477反应精馀塔的沙的设置界面

乙醇物流从塔下邮第26块塔板进入精锦塔，乙酸从第7块塔板进料，压力设置为7个大气压，如图472、4J3所示：

JConfigurationJSI、earns|/Pressure）JCondenserTherrnosiphonConfig・|JReboiler3-Phas：

e

Feedstreams

Name：

Stage

Convention

A

ETNA

7

Above-Stage

AC

25

Productslreams

Name

Stage

Phase

Basis

Flow

Units

Flowratio

FeedspecS

RAD-D

1

Liquid

Mote

krfiol/hr

FeedbaSiS

RQDW

25

Liquid

Mote

krriol/hr

Feedbasis

4ConfigurationPhase

图幻2反应精储塔灰心进料位置设置界面

/Streams*/Pressure]^/Condenser|ThermosiphonConfig・_5/Reboiler]3-

View:

1up王（ogyfPI

Stage1/Condenserpressure:

1atm—]

oiayclpiowuiutupuunaij

<*Stage2pressure:

atm—-

CCondenserpressuredrop：

atm

UIup1UI121UIUUlUllin（UpiUQIJ

<♦Stagepressuredrop：

atm—-

「Columnpressuredrop;

atrn

图4.7J反应精馀塔的加压力设置界面

塔板参数确定后，需要设置反应在精馀塔内的塔板区间，同时设置反应在反应的停留时

间，点击反应精储塔的曲。

或。

/1选项，设置反应次7参数:

JSpecifications）Holdups!

*/ResidenceTime$IConversion

Reactionnames

Startingstage

Endingstage

ReactionID

Reaction

user

Cherni$t（v

ID

►

7

25

R-l

米

图4.74反应精储塔反应塔板区间设置

Specifications）Holdups

'/ResidenceTimesConversion

Specifyresidencetime*forrate-controlledreactions

Startingstage

Endingstage

Reside

liquid

icetime

vapor

pec

二J

hr.

_d

►

7

25

15

米

图4.75反应精储塔反应停留时间设置

4.6.4分离器的输入

根据分离要求，确定分离器的模块，将乙酸乙酯分离出来，输入情况如图476所示:

♦/Specifications!

FeedFla$hOutletFlashUtility

SubsUeam:

MIXED▼Outletstream:

PRODUCT▼

Stream

ISpliUraction▼.

ComponentID

1stSpec

2ndS

pec

CH4

Splitfraction

0

Hoisfrac

ETHA

Splitfraction

0

Holefrac

C5

SplitFraction

0

Holefrac

C7

Splitfraction

0

Holefrac

的

SplitFraction

0

Mole：

frac

EA

Splithaction

0.999

Holefrac

H20

Splitfraction

0.001

Holefrac

图476分离器的设置界面

6模拟运行

各模块参数配置完成后，运行流程得到如下的模拟结果:

表模拟结果

或e

夕加

在在

0"•6

口吋

不加

0"

0W

8卬

•6叼

JJJ）

e

118

90

120

90

67.6

67.6

118

67.6

-79.3

1

2

2

2

1

J

1

1

1

atm

Qap5

0

0

0.571

1

0

0

0

0.032

0

O^foZt

600

388.2

J060

171.7

211.54

600

288.2

388.4

560

hnol/Kt.

46

54

46

6

c/tgb

30019

1857

5666

8076.

18623.

3128

1730

J26S8

2664

/low&/M

.293

1.379

7.471

799

189

J.924

8.748

.736

8J78

A"o/ama

31.76

25.7J

8517.

2464.

22.099

37.42

18.31

357.3

30.00

/lowcam,/kt

1

6

663

19b

04

7

舁卜碗

•56.35

-23.9

-84.4

-7.91

-23.87

-48.3

-32.4

-24.65

35.5

gca//M

2

24

02

1

4

33

98

5

38

cftabb

JVM

10.27

320.8

310.5

10.27

10.27

320.8

ftac«

9

SS

76

9

ftac«

9

55

23.03

1707

2303

5941.

7346.

7346.

2301

配蛇

6

0.248

4.52

237

361

0.003

361

1.485

239.J

1443.

J203.

239.J

239.1

1443.

冬

ftac«

11

006

895

//

ftac«

11

006

0.005

1222.

1842.

620.3

1222.

1222.

1842.

491

81

14

496

0.001

496