异丙苯制备及分离过程模拟
异丙苯制备及分离过程模拟
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：
北京化工大学化学工程学院 二零一三年一月十九日
目录
一、工艺要求 ........................................................................................................................................................... 1
1、要求： ......................................................................................................................................................... 1 2、物性数据： ................................................................................................................................................. 1 二、流程设计 ........................................................................................................................................................... 1 三、参数输入 ........................................................................................................................................................... 2
1、输入组分 ..................................................................................................................................................... 2 2、物性方法选择 ............................................................................................................................................. 3 3、流股输入 ..................................................................................................................................................... 4 4、板块输入 ..................................................................................................................................................... 5
（1）精馏塔(DSTWU)参数输入 ............................................................................................................... 5 （2）精馏塔(DSTWU)参数输入 ............................................................................................................... 6 （3）换热器(HEATER1)参数输入 ........................................................................................................... 7 （4）换热器(HEATER2)参数输入 ........................................................................................................... 8 （5）反应器(REACTOR)参数输入 ........................................................................................................... 9 （6）闪蒸罐(SEP1)参数输入 ............................................................................................................... 10
四、模拟运行 ..........................................................................................................................................................11 五、灵敏性分析 ..................................................................................................................................................... 12
1、换热器出口温度灵敏度分析 ................................................................................................................... 12 2、精馏塔回流比灵敏度分析 ....................................................................................................................... 14 六、确定工艺参数 ................................................................................................................................................. 18 七、心得体会 ......................................................................................................................................................... 18
一、工艺要求
1、要求：
（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
（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：
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 甲苯C7H8，沸点110.6C 异丙苯C9H12，152.4C
二、流程设计
根据合成和分离要求设计流程如下图：
图1 异丙苯制备及分离工艺流程图
其中：
REACTOR —反应器 HEATER-换热器 SEP-闪蒸罐 DSTWU-精馏塔
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(HEATER1)中进行冷凝，经过冷凝器降温后的混合物进入闪蒸罐(SEP1)进行闪蒸，闪蒸后的气相进入其他工序，液相再次冷凝后进入精馏塔(DSTWU2)，其中塔顶轻组分进入其他工序，重组分进入精馏塔(DSTWU)继续精馏，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。
三、参数输入
1、输入组分
进入组分输入页面，分别输入甲烷、丙烯、甲苯、正戊烷、苯及产物异丙苯。
如图所示：
图2 组分输入
2、物性方法选择
本次模拟选用RK-SOAVE 方法。
如图所示：
图3 物性方法选择
3、流股输入
进料(FEED)温度为120C ，压力为1.1atm ，丙烯和苯均为60kmol/s，甲烷、甲苯、正戊烷均为10kmol/s，而产物异丙苯为0kmol/s。其余流股参数均为自动计算。
如图所示：
图4 FEED输入
4、板块输入
（1）精馏塔(DSTWU)参数输入
此为1号精馏塔，是将甲苯与异丙苯分离的步骤，全塔压力为1atm ，回流比设为1.2，轻组分为甲苯，重组分为异丙苯，其摩尔分率分别为0.9和0.001。
如图所示：
图5 DSTWU参数输入
（2）精馏塔(DSTWU)参数输入
此为2号精馏塔，是将苯与混合物分离的步骤，全塔压力为1atm ，回流比设为1.8，轻组分为苯，重组分为混合物，其摩尔分率分别为0.9和0.001。
如图所示：
图6 DSTWU2 参数输入
（3）换热器(HEATER1)参数输入
此为1号换热器，温度37C ，压降-0.1atm ，目的为将进入流股冷凝至适宜温度。
如图所示：
图7 HEATER1 参数输入
（4）换热器(HEATER2)参数输入
此为2号换热器，温度60C ，压降-0.1atm ，目的为将进入流股冷凝至适宜温度。
如图所示：
图8 HEATER2 参数输入
（5）反应器(REACTOR)参数输入
反应器，热负荷为0，压降0atm ，在此反应器中发生反应C3H3+C6H6=C9H12。其中丙烷的转化率为0.9。
如图所示：
图9 REACTOR 参数输入
（6）闪蒸罐(SEP1)参数输入
此闪蒸罐温度50C ，压力为1atm ，目的为将部分轻组分（甲烷、丙烯、正戊烷）除去。
如图所示：
图10 SEP1 参数输入
四、模拟运行
参数输入完成后，程序开始运行，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图所示：
图11 运行结果
图12 DSTWU 运行结果 图13 DSTWU2 运行结果
五、灵敏性分析
1、换热器出口温度灵敏度分析
自变量TEMP 为HEATER1的一个模块变量，设定其变量最小值30C 和最大值40C ，并确定数据点为20个。
如图所示：
图14 HEATER1出口温度灵敏度分析参数输入
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图。
如图所示：
图15 总能耗与HEATER1出口温度关系
2、精馏塔回流比灵敏度分析
（1）自变量RR 为DSTWU1的一个模块变量，设定其变量最小值1.0和最大值1.5，并确定数
据点为20个。
如图所示：
图16 精馏塔(DSTWU)回流比灵敏度分析
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图。
如图所示：
图17 总能耗与精馏塔(DSTWU)回流比关系
（2）自变量RR 为DSTWU2的一个模块变量，设定其变量最小值1.0和最大值1.5，并确定数
据点为20个。
如图所示：
图17 精馏塔(DSTWU1)回流比灵敏度分析
其中，输出结果为换热器、蒸馏罐、精馏塔总能耗。运行后，对结果作图。
如图所示：
图18 总能耗与精馏塔(DSTWU1)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，同时保证产品质量，综合考虑，换热器出口温度定为36C ，精馏塔回流比为1.2和1.8即可，1号精馏塔16块塔板，2号精馏塔14块塔板。
七、心得体会
ASPEN 的界面设计比较容易上手，参数输入也很方便智能，模块的设置对于设计流程很方便，模块和参数变动的刷新速度很快，但对于像我这样的新手来说，想象中的理论成立并不代表方程计算结果收敛和能耗节约及达到工艺产品要求。所以，在今后的学习过程中，我仍需多观察多领会经验值在理论应用中的重要作用，毕竟模拟与实际仍有很大一段距离。
最后，感谢屈一新教授的精致讲解以及王水老师的悉心指导。