应用软件实践大作业异丙苯制备与分离流程模拟

1、异丙苯制备及分离流程模拟Design and Optimization on the IsopropylBenzeneTechnology Process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、精储塔构成简单的流程进行模拟计算（图1）, 精储塔采用简单模块，换热器初始换热温度为50Co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，进行精微塔复杂模块计算，将精储 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

2、优化，优化 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分子甲烷丙烯丙烷止 烷正戊 烷甲苯乙醇异内 苯正戊 烷苯（1）进口物料：压力1.1atm 温度120 C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

3、（4）精储塔：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（REACT。R换热器（HEATER精储塔（RAD） 三个部分。原料（FEED首先进入反应器（REACTOF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 混合物进入精储塔精储，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：Selection i Pttrcleum Nonco

4、nventional Enterprise Database triformationSelect compoREntSComponent IDTypeComponent nameAliasCH4ConventionalMETHANECH4C3H6-2Conventional.PROPYLENE日H牛2C2H5OHETHANOLC2H6O-2C6H&ConventionaiBENZENtC9H12-2CsnkefltioralISOPROPYLBENZENESHI 2-2C4H10 1ConventionalN-BUTANEC4H10-1FindEJec Wizard User Defined

5、 ReorderReview-*L-IL- 11 i 图2.输入物流组分2 .物性方法选择，选择物性方法为 RK-SOAVEGlobal Flpvjsheet SectionsReferencedInformaticnProperty methods & optionsMethod name；图3.物性方法选择3 .输入物性方法参数O InputDatabank?InformationParameterRKSK的Dm wfc 11 dl IjhmHLWilC：-WE|EH MEI IL W 1 ! IQ 1 J |HI di 1 FELEI JComponent iCoin pQ ne nt

6、jCH4CH4CH4C3H6-28H6C4H15-1Temperature unitsSoursProperty unitsCCCAPVftO EOS LITAPVM COS LITAPVfltt EOS LITKAUKBUKCU的0.020Q0.0056000000TLOWERTUPPPER-mi 5-273.15TZ3U5726.85726.35726.85图4.物性方法参数4 .输入进料图5.输入进料5 .新建单位4 金 Unrt ScLl.b 35Cops ham: 41*Search-Fl owr reiei ed一Ma-55 flow:kg/ecvM 必 ffowikmW，ec”V

7、olume Flc-wrum 凸 x”RewlsrcvFl uerum 内 qmrrcvf 巾 m EIur:kg/iqrn-isv豆 ClFTDrn UhiE ReprirtCLaMIProperty 5etsi由目&,与Lq Rcm/ehj&Stanaard | Hear Te唧ort | Concent!rtic：n Str匚urEcy | Misrelknecd5 InfoTnst onTump0或ui亡u*d t Empcfature.etta I.I m-erw?- tefnpernture-图6.新建单位6 .换热器初始温度和压降，设置为 50 c和-0.1atm图7.换热器初始

8、温度和压降7 .精储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内苯的摩尔量0.01 （经多次试验后、达到苯的要求）111 - Tl-d 二号El口士匕方 心IWN司 Input圃 Block DpliorL* EO MndclingiL30 5(ra 巾 AesuksL& Suejhi Flemlu (Cus 还%EEjjy Xheatin REACTORJ UlilrtiEi:I Bfartin-ft;Froprrtin SimuLriioflSpwtfitwtionr? | EaficLilhbon pi

9、:iDFVE | 匚口rrvElTqbK：七 | InfprFTMliariC.lul*rr! s p -eLtfiKifft ii iHurriba uF slsEj-es.rfiux wtis： -i_i亡 L. r!p!. tl I 1. . 7! I*：Lig.ht ivf.Comp: UlffrvRecov: 0W1Heiiy keyCamp C9H12-2*既工的，加-eiiuieCjohdhise； 1dtin丫Feba ileic1dtiTHCvndcl&clTeiil .grTirttrPartial todeiwwkh olv叩r di“川舱产廿中曲h 呷ornnd liq

10、uid di 击II占个产MLL惶4即H看口ign; 0.5图8.精微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l.latm,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。包丁 r jm工4三必ju： 刁国jrnmg由.N HEATERt .ftEACTORtracicFl NdI*Edit 5TDichlometjy司 XUlp可匚.口rmi三en匚E引 Dyrwmicj El口匚c OplicxisEO klodliriKgLq Results_Q Hr HE Rb5U H S-_q Stream Re&uH: fu

11、: ummar_| EiztlCMIS uQ C e nwergEimc e HowiheEijg QpIlKxlsPngduEMfllar OTCM：TZkttian? COnTrSicrl! G.9r-OTdd3：OFpCFEfar怦二广口tCWV 20 compcs-vrit CiHb I Piropeirii图10.反应器条件设置10 .输出精储塔分离结果HOUT同 CYC* PRODUCTMole fracCH4041627903075461.166e 15* C3H6-20.06976740.1847687.928”巾 C2H5OH0.11627903075530.0002 3B3

12、61CGH6.0&976740.18105oooi weai8H12W0.6279070-0166290.993753图11.精储塔分离结果Results岫 Minimunn reflux ratia:0437186Actual reflux ratro：U 6/341Minimum number of4JB1C88Number of actual stages:11.0026Feed stage：53 置 74Number of actual stages above feed485C74Rcboikr heating required;125412cal/secCcndenjercycli

13、ng required：50B23.8tW4cDistillate temperature:9.Z7C91CBottom tempersture:152.333CDEFtillnte tsfeed fraction;0377596HE7P：图12.精微塔具体数据分析讨论：由图11可知，PRODUCT果中异丙苯含量为0.998753,达到分离要 求，精储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，在精储

14、塔上部，考虑采用分凝器，将苯分离产出，循环利用。精 储塔简单模块所得数据为图12所示，用于后期精储塔复杂模块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，精储塔上部采用分凝 器，将轻组分物流组分分离出苯后输送进入反应器重新反应。其反应流程图更新图13.反应流程图反应器（REACTOR）换热器（HEATER）勺参数设置保持不变，对精储塔采用复杂模 块，参数设置如图14所示：图14-1.精储塔复杂模块设置（1）l西RADSpecif scat one .备 Cgnfiqumg ,5irng anil RazingRMt-Ewed N*liDynamicsGEQ

15、 Mcdtf ngZ3 Results；73 ProHlss 卫耳忏-m RwulicItP占 CunliguMm 1CSStica1 liirhldbOF*Fd streamsNidrriECameiiliah-lU Jl6Mm/-阳g.PtoAjct锚国你Namebe ageU5Flewl*i rts：YC1Liquid二R口口 OCT11LkfutidJ4P1VdfKtrMokMnkMpkkmcri/tec krrucH/wc kmol/iK图14-2.精储塔复杂模块设置（2）图 15-1图14-3.精储塔复杂模块设置（3）图14-4.精储塔复杂模块设置（4）为了使苯在塔釜中的摩尔分数小

16、于0.001,在Design Specification 中进行如下设置（见图15）:-.jj Sptcifi c xM n而 a iyj Dnigm Eptcfkatiunsq EfftlentiK瑞;Prfipelia豆 RwcticnS孚 Blck Option:User SubrouE nes_营 Config untien一 Siz in q w nd Ratir qrSi Ralr-B-a%rd “口”1丁口4Jfl.净士p”fi n由口* CQnnponerts | Fed用roduct Wtreams | Opbcns | ResultDemeri pfis;-&Evign s

17、pecificdiliori lypcMok purityvSpecif cationlargetOOIStrcann type口 P red netnttmilDeesnttr, Setup, jpccrfhiEErtiDn Suirnrrwirji-/ .Dengn Sfzccificat!or;31j 晶 Vaiy国1互 Fffkiwcix置 PrrpEit% 爆 Rmd由nr 立 Block Oplioni 引 User VbrzutinHI- iCcnfigurjoo卜-j Sia ng and Rj-ting Rat4Ba4frd Model inaRAD SfkHMattons

18、DMlgn Specif Icjtloiu -1 -O-1 - InSprciFiritiunseC JEp口nmts净Ffd/Pf&jd Stfrains. Cpticn5 | EmitsAma Ifltw ccmpQnrntvSr ec-rd zomponenlsI f6hl6CH4 门H62 L2HMJH C4H12-2C4HI04T .C&rnpbn 电 n 占*TncgMlyii5Bdse CDmpcntinii 一Av a lafckcomiporKrKjSetec.：d zamponenuCMC2H3DHU%俏2 cam图 15-2 -Q Sp ttif wdbuiuial Si

19、tup国 Speiif fCErt 5b jumiTieiiy 3 Deygi 5pecilicntirij& Jdiy|lfticierx.iejPit partiesWe.H；匚 n.Sleek Optiiiii Ueet S -brzutmez直直鱼sr一直r Ld ContiguratiarI q Sir ng 门d flsfin g心 a ts-E axed Klcij?linnHAD SpccificrrwH。匚何n SpccirfKaVions t:电0为附11漉则必!刖3熙眄理酬is ：rQ“hmit&SpiKificabcmCcwnpcncrih0 F fedl -P rod

20、 net !itrafflSOpt 卬 EReiults |Ptortid WeenwMkctE 械（je卅号bk streamsCYCVAPFfrtdz Product tlilt*i it M bdLkPfflODUCr图 15-30 1* bi VaryRAD Spnifktbm V*r- 1. MD Spedfkations Desri 部-HkatiorB , gT - Input、n452许忙词。旧5 C mpenc i.- RoultsEffie lent Praperbcs& ReactiorK号 Block Optionsq User Su troutin C31Type-1

21、5MtlUW to fed ra15vlPper 日门口 i口口Fn7 CEnfigLiratiflin 一心与ling mod Rating、.Pd.c/c .cb i_|* iLuer bumidt0.2Upper boundtO.S修 An-alysjs；.CcnvEiyerice= DynamicEEC Mode i ngUpllCrlQlMflimumi step /工西 1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彳T优化，进入 Model Analysis Tools 中Optimization 内容图16.优化模块界面图17.建立优化内容其中HDUT诧换热

22、器热负荷，DDUTY晶精储塔冷凝器热负荷，DDUTYR1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 C o通过上述步骤一一设定，输出的优化结果如图20所示:- _1 r rnr - -inI d Ctwiverg：n ceii 1 FlagThd门q 口pdcinH J ： r- d. -JIu Sensrtvib.金 口 OptimEatron j . 0-1司I InputU Con&tuiniU 口土 F#口 EQI, 0 麻岫 SymmryIPynnm if C oinrFiqurntir n

23、RnuHi 卜dnd bl e-Initial va4ue-Firil valueUiwtxHDJTV-5.6BJ：14e*06CAL6ECDDinYC-4D67e*DS-1.02i2fe*WCAUSKUDUTYR7万洛丁 谪2 6B0730BCAL/5EC图20.优化结果由图20可知，比初始换热温度条件节省了 34%勺热负荷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:CYC FEED HOUT PRODUCT R-OUT VAPSubstream: MIXEDMole Flow kmol/secCH40.0258171010.025825.09E-1510.0258210 1C

24、3H6-20.2163606.021635.63E-106.021635.80533C2H5OH16.738291026.738290.002726.738299.997303C6H610.68496016.490230.05360916.490235.751723C9H12-213.32414067.5188153.5528567.518810.641805 1C4H10-11.2067121011.206713.23E-0711.2067110Mole FracCH40.0006120.0666670.072659.49E-170.072650.236988)C3H6-20.0051260

25、.40.0436351.05E-110.0436350.13758C2H5OH0.3966780.066667 0.1937545.04E-050.1937540.236925C6H60.253220.40.1194930.0010.1194930.136309C9H12-20.31576700.4892620.998950.489262P 0.01521C4H10-10.0285980.066667 0.0812076.02E-090.0812070.2369881Total Flow kmol/sec42.19615150138.001553.60916138.001542.19616Total Flow kg/sec