使用Aspen对异丙苯制备及流程模拟优化总14页Word文档下载推荐.docx
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指导教授:
王水
北京化工大学化学工程学院
二零一五年一月十二日
8
一、设计任务与要求
1.异丙苯制备给定条件
学号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
分子
甲烷
丙烯
丙烷
正丁烷
正戊烷
甲苯
乙醇
异丙苯
苯
(1)进口物料:
压力1.1atm,温度120C
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:
(3)换热器:
压力降-0.1atm
(4)精馏塔:
要求压力为1atm(全塔),
塔釜苯摩尔含量为0.001
2、物性数据
我的学号为2011011052,对应以下物质:
甲烷CH4,沸点-161.5C
丙烯C3H6,沸点-47.7C
正戊烷C5H12,沸点36.1C
苯C6H6,沸点80.1C
异丙苯C9H12,152.4C
二.流程设计
根据合成及分离要求设计流程如下图1所示:
图1异丙苯制备及产物杂质分离流程图
整个流程主要有六种化工设备组成:
反应器(REACTOR)、换热器(HEATER)、闪蒸罐(SEP)、压缩机(COMPR)、混合器(MIXER)及精馏塔(DSTWU)。
原料(FEED)以及循环回来的苯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;
从闪蒸罐出来的重组分正戊烷、苯、异丙苯液相经泵加压后进入T1精馏塔中进行分离,塔顶轻组分为正戊烷,塔底重组分为苯和异丙苯;
T1塔底重组分进入T2精馏塔分离,塔顶为苯,它将与T3塔的丙烯一起循环至进料段,作为原料作为产品;
经过冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐进行闪蒸,闪蒸后的气相经过压缩升温加压进入T3精馏塔实现甲烷和丙烯的分离。
三、完成输入设定
3.1SETUP设置
图2SETUP设置图
3.2输入组分
进入如图所示界面,输入各组分如下:
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,本次模拟选用选用RK-SOAVE物性方法,如图:
图4物性方法选择
3.4Streams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物料输入
3.5主要Block的输入
根据题目要求,反应器为绝热的,即热负荷为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。
界面如图所示:
图7反应方程式输入
3.5.2换热器模块输入
设定换热器H1的压力降及出口温度,出口温度暂设定为10℃,压力降0.1atm。
如图8所示:
图8换热器H1模块输入
设定换热器H2的压力降及出口温度,出口温度暂设定为60℃,压力降0.1atm。
如图9所示:
图9换热器H2模块输入
3.5.3闪蒸罐模块输入
根据分离要求,设定闪蒸罐压力为0.5atm,热负荷为0。
如图10所示:
图10闪蒸罐模块输入
如图11
图11压缩机模块输入
3.5.5精馏塔模块输入
在精馏塔T1模块中,确定全塔压力为1atm,回流比设定为1.4,并根据任务确定塔顶轻组分正戊烷和重组分苯的摩尔分率分别为0.98和0.001。
如图12所示:
图12精馏塔T1模块输入
在精馏塔T2模块中,确定全塔压力均为1atm,回流比设定为1.55,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0.95和0.001,采用分凝器。
如图13所示:
图13精馏塔T2模块输入
在精馏塔T3模块中,设定全塔压力均为1.6MPa,回流比设定为3,并根据任务确定塔顶轻组分甲烷和重组分丙烯的摩尔分率分别为0.97和0.001,采用分凝器。
如图14所示:
图14精馏塔T3模块输入
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15主要物流摩尔分率
图16反应器模块结果
图17换热器H1模块结果
图18换热器H2模块结果
图19闪蒸罐模块结果
图20SEP模块结果
图21精馏塔T1模块结果
图22精馏塔T2模块结果
图23精馏塔T3模块结果
五.灵敏性分析
分析回流比对精馏塔实际板数的影响,以T1为例,其他两个塔只各给出一个结果图。
图24T1精馏塔回流比与实际塔板数灵敏度分析输入
图25T1精馏塔回流比与实际塔板数的关系
类似得到T2和T3的图
图25T2精馏塔回流比与实际塔板数的关系
图26T3精馏塔回流比与实际塔板数的关系
六.确定工艺参数:
根据灵敏度分析,精馏塔回流比2.75,1.2,2.1。
以此三个回流比分别输入,得到19块板,5.8块板,3.5块板。
七.心得体会
ASPEN在化工模拟过程中有着巨大的优势,通过几天的学习,初步熟悉了ASPEN的操作,需要足够的耐心来改参数,甚至换流程。
对于不久的毕设将有很大帮助。