软件实习大作业异丙苯制备及分离流程模拟(ASPEN)

1、 异丙苯制备及分离流程模拟 Design and Optimization on the Isopropyl Benzene Technology Process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： 教授 北京化工大学化学工程学院二零一一年十二月三十日目录 异丙苯制备及分离流程模拟.1一、设计任务与要求.31、设计任务.3二流程设计.4三.完成输入设定.53.1 setup设置. .53.2 输入组分.53.3 物性方法的选择.63.4 Streams的输入. .63.5 BLOCK的输入. .73.5.1 反应器模块的输入. .73.5.2 换热器模块

2、输入. .93.5.3 精馏塔模块输入. .103.5.4 闪蒸罐模块输入. .103.5.5 泵的输入. .11四，模拟运行.13五灵敏性分析.165.1 换热器出口温度的灵敏度分析.185.2 闪蒸罐温度的灵敏度分析.205.3闪蒸罐压力的灵敏度分析. .215.4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. .24一、设计任务与要求我的学号为，包含0、1、2、7、8五个数字，对应甲烷、丙烯、正丙醇、异丙苯、苯这五种原料，进行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醇正丙醇异丙苯正戊烷苯（1）进口物料：压力1.1atm 温度120

3、C 流 量： 苯和丙烯各40kmol/s，其他组分分别为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 -0.1 atm（4）精馏塔 ：要求压力为1atm （全塔）， 塔釜苯摩尔含量为0.0001二、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

4、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24三、完成输入规定3.1 setup设置在界面中点击，进入如图2所示界面，选用英制单位，其余均为默认值。图2 SETUP设置界面3.2 输入组分进入如图3所示界面，输入正丙醇 、丙烯、异丁烷、苯和异丙苯五种物质。图3 组分输入 3.3 物性方法选择进入Properties输入界面，选择合适的物性方法，本次模拟选用RK-SOAVE物性方法。图4物性方法的选择3.4 Streams的输入在物性方法确定之后，在Streams输入界面按照设计要求输入进口物料的温

5、度、压力及各组分流率。注意各个参数的单位。如图5所示：图5物流（FEED）输入3.5 Block的输入3.5.1反应器模块输入根据题目要求，反应器为绝热的，即Heat duty为0，压力降为0。如图6所示：图6反应器模块输入 接下来设置反应方程式，点击Reactions选项卡，在界面中点击New.，新建反应，方程式为：C3H6+C6H6=C9H12转化率为0.9，关键组分为C3H6。 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38，压力降0.1atm。如图8所示：图8换热器模块输入3.5.3 精馏塔模块输入在精馏塔模块中，确定全塔压力均为1at

6、m，回流比设定为2，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0.0001。如图9所示： 图9精馏塔模块输入3.5.4 闪蒸罐模块输入根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为0.02atm，温度为29。如图10所示： 图10闪蒸罐模块输入3.5.5 泵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。图11.离心泵模块的输入 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。程序运行结果及各模块运行结果如下图所示：图12 运行结果 图13 换热器模块结果图14 反应器运行结果图图15 精馏塔运行结果图 图16 闪蒸结果输

7、出五灵敏性分析根据流程工艺的要求，需要对过程的热负荷进行灵敏性分析，下面我从换热器出口温度、闪蒸罐温度、压力和回流比四个方面对其进行了灵敏性分析。首先，从Date菜单上单击Model Analysis Tool，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）、SEP（闪蒸罐所需冷量）、RE（精馏塔再沸器热量）、CON（精馏塔冷凝器所需热量）。如下图所示：图17 目标函数设定目标函数具体设置如下图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和最大值50，并确

8、定数据间隔为3。如下图所示:图19换热器出口温度变量设置点击Tabulate标签，进入表格定制页面，确定表格，输出结果为换热器热、分离器和精馏塔的总能耗。如下图所示： 图20 表格定制图21 总能耗与换热器出口温度关系5.2闪蒸罐温度的灵敏度分析运行结果：图23 闪蒸温度与热量的关系5.3闪蒸罐压力的灵敏度分析图24 闪蒸压力变量设置5.4精馏塔回流比的灵敏度分析 图26精馏塔回流比变量设置 图27 总能耗与精馏塔回流比关系六确定工艺参数：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，换热器出口温度选为38，闪蒸罐压力0.02atm，温度22，精馏塔回流比2。最终模拟结果无误。

9、七心得体会：通过应用软件实践，第一次接触到了Aspen Plus软件，以前学化工的我只是听过这个软件，而没有实际应用过，这种未知性让我对这个软件的学习与使用产生了很大的兴趣，Aspen Plus软件的功能很强大，在老师讲解下，我们开始了流程模拟，换热器，闪蒸罐，精馏塔这些化工常用的装置与设备的流程模拟，我们对化工流程有了更深入的理解。看老师讲解操作这个软件，感觉没有那么难，到自己亲自动手去做，却没有那么简单，在自己练习老师所给的例题时，远行过程中出现了错误，经过反复修正才得到正确结果，这样的操作过程使自己对Aspen Plus软件的操作更加熟练。在学习灵敏度分析的过程中，我也遇到了一些困难，通过老师和同学的帮助使我的流程模拟得以正确无误的运行，但是就某些细节，我还