利用ASPENPLUS模拟与分析异丙苯的制备与分离.docx

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利用ASPENPLUS模拟与分析异丙苯的制备与分离

利用ASPEN-PLUS模拟与分析

异丙苯的制备与分离

SimulationandanalysisbyASPEN-PLUS

preparationandseparationoftheisopropylbenzene

一级学科：

化学工程与技术

学科专业：

化学工程与工艺

学生：

胡清清

学号：

指导教授：

王水

北京化工大学化学工程学院

二零一五年七月十七日

异丙苯制备及分离流程模拟...................................................................................................1

一、设计任务与要求...............................................................................................................3

1、设计任务.....................................................................................................................3

二、流程设计...........................................................................................................................4

2.1物质特性...................................................................................................................5

2.2设计思路....................................................................................................................5

三、完成输入设定......................................................................................................................5

3.1setup设置...................................................................................................................5

3.2输入组分....................................................................................................................5

3.3物性方法的选择........................................................................................................6

3.4Streams的输入...........................................................................................................6

3.5BLOCK的输入..........................................................................................................7

3.5.1反应器模块的输入.........................................................................................7

3.5.2换热器模块输入.............................................................................................9

3.5.3精馏塔模块输入...........................................................................................10

3.5.4闪蒸罐模块输入...........................................................................................10

3.5.5泵的输入.......................................................................................................11

四、模拟运行.........................................................................................................................13

五、灵敏性分析.....................................................................................................................16

5.1换热器出口温度的灵敏度分析..............................................................................18

5.2闪蒸罐温度的灵敏度分析......................................................................................20

5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析.......................................................................................21

5.4精馏塔回流比的灵敏度分析............................................................................22

六、确定工艺参数.............................................................................................................24

七、心得体会.........................................................................................................................25

一、设计任务与要求

1、设计任务

异丙苯制备与分离：

学号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

分子

异丙苯

丙烯

丙烷

正丁烷

正戊烷

甲苯

丙醇

甲烷

正戊烷

苯

因为我的学号是2012011084，，包含数字0、1、2、4、8，由，该反应流程含有物质苯、丙烯、异丙苯及杂质正丁烷、甲烷。

所以由题目可知：

进料：

苯C6H6、丙烯C3H6-2、正丁烷C4H10-1、甲烷CH4

反应式：

C3H6-2+C6H6=C9H12-2

反应产物：

异丙苯C9H12-2

由已知条件知：

（1）进口物料：

压力1.1atm温度120℃

流量：

苯和丙烯各6kmol/s，其他组分分别为0.5kmol/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：

塔釜苯摩尔含量为0.001

二．流程设计

2.1物质特性

物质

分子式

基本性质

熔点

沸点

丙烯

C3H6-2

无色、无臭、稍带有甜味的气体，不溶于水

-192℃

-47.4℃

苯

C6H6

无色透明液体，有芳香气味

5.51℃

80.1℃

异丙苯

C9H12-2

无色有特殊芳香气味的液体

-96.0℃

152.4℃

甲烷

CH4

无色、无味、可燃和微毒的气体

-182.5℃

-161.5℃

正丁烷

C4H10-1

无色气体，不溶于水

-138.4℃

-0.5℃

2.2设计思路

根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：

图1：

异丙苯制备及分离工艺流程图

组成：

整个流程包含五个部分:

反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、闪蒸罐（FLASH）、泵（PUMP）及精馏塔（DSTWU）。

物料流程：

将原料投入反应器中进行反应甲烷和正丁烷则不参与反应，丙烯和苯在反应器的条件下反应生成异丙苯产物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中进行闪蒸闪蒸后的气相主要是杂质甲烷和正丁烷，通过塔顶进入其他工序，液相则经泵加压后进入精馏塔中进行分离塔顶轻组分苯循环回到反应器中继续反应，重组分异丙苯由塔釜作为产品排出。

三.完成输入设定

3.1setup设置

在aspenplus界面中点击Next按钮，进入图2的设置页面，命名为2012011084，选择米制工程单位，其余均为默认值，不做修改。

图2：

SETUP设置界面

3.2输入组分

点击Next按钮，进入如图3所示界面，输入甲烷，丙烯，正丁烷，异丙苯，苯五种物质的化学分子式和对应的简称。

图3：

组分输入

点击NEXT，再点击ok，进入下一个操作步骤。

图4：

完成组分输入

3.3物性方法的选择

点击Next按钮，进入Properties输入界面，选择ALL，选择PENG-ROB物性方法。

（此张忘记截图了）

3.4Streams的输入

点击Next按钮，进入Stream输入界面，按照设计要求输入进口无聊的温度，压力以及各组分的流率。

具体输入情况如图5所示。

图5：

Stream（FEED）的输入

3.5BLOCK的输入

3.5.1反应器模块的输入

点击Next，进入各BLOCK的输入界面，根据题目要求，反应器为绝热的，所以HeatDuty为0，压降为0。

输入情况如图6所示

图6：

反应器（REACTOR）模块输入

点击Next进入Reaction选项卡，在界面中点击New…,新建名称为1的反应，反应方程式为：

𝐶3𝐻6+𝐶6𝐻6=𝐶9𝐻12

关键组分为𝐶3𝐻6，转化率为0.9。

具体输入情况如图7所示：

图7反应方程式的输入

3.5.2精馏塔模块输入

在精馏塔模块中，确定全塔压降均为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0.999和0.001，输入情况如图8所示：

图8：

精馏塔（DSTWU）模块输入

3.5.3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22℃，输入情况如图9所示

图9：

闪蒸罐（FLASH）的输入情况

3.5.4换热器模块输入

设定换热器的压力降及出口温度，出口温度为30℃，压力降为0.1atm，输入情况如图10所示：

图10：

换热器（HEATER）模块输入

3.5.5泵的输入

图11：

泵（PUMP）的输入情况

四、模拟运行

所有输入完成之后，点击Next按钮确定输入全部完成，然后运行模拟程序，确定模拟结果没有错误，但有2个警告（经过一整天的调试，这已是我调试出来最好的结果了，非常抱歉！

）。

程序运行结果如图12所示：

图12：

运行结果

换热器模拟

图13：

换热器（HEATER）模块结果

反应器模拟

图14：

反应器（REACTOR）模块结果

精馏塔模拟

图15：

精馏塔（DSTWU）模块结果

闪蒸罐（FLASH）模拟

图16：

闪蒸罐（FLASH）模块结果

离心泵模拟

图17：

离心泵（PUMP）模块结果

五、灵敏性分析

根据工艺流程的要求，需要对过程的热负荷进行灵敏性分析。

下面从换热器（HEATER）出口温度、闪蒸罐（FLASH）温度、压力和回流比四个方面对其进行灵敏性分析。

首先，从Date菜单上单击ModelAnalysisTool，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）、FLASH（闪蒸罐所需冷量）、REC（精馏塔再沸器热量）、CON（精馏塔冷凝器所需热量）。

如下图所示：

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20℃（293K）和最大值50℃（323K），并且均分为30等份。

如下图所示:

点击Tabulate标签，进入表格定制页面，确定表格，输出在第2列，结果为换热器、闪蒸器和精馏塔的总能耗。

如下图所示：

运行后查看结果，如下图：

对上面结果进行作图，如下所示：

5.2闪蒸罐温度的灵敏度分析

按照前面的步骤进行，接下来新建S-2分析，Define与Tabulate标签与S-1设置相同，如下：

Vary设置如下：

运行后，查看结果如下：

对作图作图，如图所示：

5.3精馏塔回流比的灵敏性分析

同前面一样，接下来新建S-3分析，Define与Tabulate标签与S-1设置相同，如下：

Vary设置如下：

运行成功后，查看结果，如下图：

5.4闪蒸罐压力的灵敏性分析

同理，接下来新建S-4分析，Define与Tabulate标签与S-1设置相同，如下：

Vary设置如下：

由于上述区间太大，作图不够精确。

所以，我后来将区间改成0.7到1.5atm。

此处忘记截图了，请见谅。

运行成功后，查看结果，如下图:

对结果进行作图，如下：

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，选换热器出口温度为30℃，闪蒸罐压力为0.1atm，温度为22℃，精馏塔回流比为1.8。

七．心得体会

为期一周的软件设计课程已经结束了，我花费了一整天的时间呆在机房里，越不成功，我就越想成功。

虽然只有一个星期的学习时间，我却慢慢爱上了aspen这个软件。

这段期间有喜有忧，有欢呼声，有叹息声，有烦闷，有惊喜。

在这样一次又一次的模拟运行中，我得到的不仅仅是知识，更多的是对于所学知识的综合运用。

在设计模拟流程的过程中，遇到了很多的问题，一个不小心都会使运行结果造成巨大的偏差，而如果是在现实生产中，就可能是一个大事故了。

在这个过程中也发现了自己的不足，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能发挥它整整的价值。

最后，感谢两位老师的讲授，尤其是王水老师，每次我找不到你所说的地方时，你都会耐心帮我，让原本有些担心你会批评我的心，慢慢温暖开来。

谢谢老师带我走入aspen，我会继续钻研它，因为它让我有了学习的快乐！