应用软件实践大作业异丙苯制备与分离流程模拟[借鉴类别]

1、异丙苯制备及分离流程模拟DesignandOptimizationontheIsopropylBenzeneTechnologyProcess 学科专业：化学工程与工艺学 生： 学 号： 指导教授： 教授北京化工大学化学工程学院 二零一 年 月 日摘 要本文首先利用反应器、换热器、精馏塔构成简单的流程进行模拟计算(图1)，精馏塔采用简单模块，换热器初始换热温度为50。获得计算结果后发现，异丙苯的分离可以达到要求，但是排除物料中含有较多的苯，为了提高苯的利用率和降低生产成本，在原来设计流程的基础上，进行精馏塔复杂模块计算，将精馏塔冷凝器改为分凝器，分离出一部分的苯循环使用。并对流程进行了优化，优

2、化目标为流程的热负荷，优化变量为换热器换热温度。最终确定工艺流程(图13)，换热器换热温度为125摄氏度，热负荷节约35%，产物异丙苯的含量达到99.9%。一、设计任务与要求 本人学号为：，包含0、1、2、4、7五个数字，对应甲烷、丙烯、正丁烷、异丙醇、苯五种物质，进行异丙苯制备和分离。异丙苯制备及分离学号1234567890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120 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 -0.1 atm（4）精馏塔

3、 ：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：简单模块流程有3部分：反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、精馏塔(RAD)三个部分。原料（FEED）首先进入反应器(REACTOR)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精馏塔精馏，轻组分物流(VAP)拟为排出物，重组分物流(PRODUCT)拟为反应产物。图1.反应流程图三、简单模块设计计算1.在画完反应流程图后，进入图2界面输入物料组分：图2.输入物流组分2.物性方法选择，选择物性方法为RK-SOAV

4、E：图3.物性方法选择3.输入物性方法参数图4.物性方法参数4.输入进料图5.输入进料5.新建单位 图6.新建单位6.换热器初始温度和压降，设置为50和-0.1atm图7.换热器初始温度和压降7.精馏塔简单模块参数输入：设置轻组分苯，塔顶产出苯的摩尔量占进料苯摩尔量的比为0.991；重组分为异丙苯，塔顶异丙苯的摩尔量占进料异丙苯的摩尔量0.01（经多次试验后、达到苯的要求）图8.精馏塔简单模块参数输入8.反应器条件设置：反应器压强设置为1.1atm，热负荷为0。图9.反应器条件设置9.反应器条件设置：设置反应（苯+丙烯 异丙苯），反应丙烯转化率为0.9。图10.反应器条件设置10.输出精馏塔分

5、离结果图11.精馏塔分离结果图12.精馏塔具体数据分析讨论：由图11可知，PRODUCT结果中异丙苯含量为0.998753，达到分离要求，精馏塔轻组分中仍含有较多的苯，如果全部排放，后期废液处理需要的成本较高，而苯作为反应物之一，如能循环利用，可大大提高经济效益。如果将轻组分全部输送回反应器，由于其中含有较多的低碳物质，沸点低，冷凝需要大量的公用工程，生产成本过高。综合考虑，在精馏塔上部，考虑采用分凝器，将苯分离产出，循环利用。精馏塔简单模块所得数据为图12所示，用于后期精馏塔复杂模块radfrac计算。四、复杂模块设计由简单模块计算可知，为提高苯的利用率和经济效益，精馏塔上部采用分凝器，将轻

6、组分物流组分分离出苯后输送进入反应器重新反应。其反应流程图更新如图13所示：图13.反应流程图反应器(REACTOR)和换热器(HEATER)的参数设置保持不变，对精馏塔采用复杂模块，参数设置如图14所示：图14-1.精馏塔复杂模块设置(1)图14-2.精馏塔复杂模块设置(2)图14-3.精馏塔复杂模块设置(3)图14-4.精馏塔复杂模块设置(4)为了使苯在塔釜中的摩尔分数小于0.001，在Design Specification中进行如下设置（见图15）：图15-1图15-2图15-3图15-4变量D/F值变化范围为0.2-0.8。五、设计优化 对工艺流程进行优化，进入Model Analy

7、sis Tools 中Optimization内容图16.优化模块界面图17.建立优化内容其中HDUTY是换热器热负荷，DDUTYC是精馏塔冷凝器热负荷，DDUTYR是再沸器热负荷。图18.建立优化目标其中优化目标为流程总的热负荷最小。图19.设定优化变量优化变量为换热器换热温度，变化范围为0-300。通过上述步骤一一设定，输出的优化结果如图20所示：图20.优化结果由图20可知，比初始换热温度条件节省了34%的热负荷。6、计算结果最终采用的工艺流程图为输出最终结果如表2所示：CYCFEEDHOUTPRODUCTR-OUTVAPSubstream: MIXEDMole Flow kmol/se

8、cCH40.0258171010.025825.09E-1510.0258210C3H6-20.2163606.021635.63E-106.021635.80533C2H5OH16.738291026.738290.002726.738299.997303C6H610.68496016.490230.05360916.490235.751723C9H12-213.32414067.5188153.5528567.518810.641805C4H10-11.2067121011.206713.23E-0711.2067110Mole FracCH40.0006120.0666670.07265

9、9.49E-170.072650.236988C3H6-20.0051260.40.0436351.05E-110.0436350.13758C2H5OH0.3966780.0666670.1937545.04E-050.1937540.236925C6H60.253220.40.1194930.0010.1194930.136309C9H12-20.31576700.4892620.998950.4892620.01521C4H10-10.0285980.0666670.0812076.02E-090.0812070.236988Total Flow kmol/sec42.196151501

10、38.001553.60916138.001542.19616Total Flow kg/sec3286.8938414.00911700.96441.05811700.91972.949Total Flow cum/sec4.0482194344.9183862.848.6702735576.9511141.104Temperature C61.32977120125.0311152.3835274.048261.32977Pressure atm11.1111.11Vapor Frac010.876285011Liquid Frac100.123715100Solid Frac000000

11、Enthalpy J/kmol-1.1E+0819933100-4.1E+07-1.1E+07-1.1E+07-8.6E+07Enthalpy J/kg-1389300355355-481210-90931.3-134730-1849400Enthalpy Watt-4.6E+092.99E+09-5.6E+09-5.9E+08-1.6E+09-3.6E+09Entropy J/kmol-K-361570-132090-287830-474120-224570-185200Entropy J/kg-K-4641.71-2354.77-3394.71-3946.1-2648.59-3960.88Density kmol/cum10.423390.0345230.0357256.1830990.0247450.036978Density kg/cum811.93561.9365173.02