异丙苯制备及分离过程设计模拟

设计名称：异丙苯制备及分离过程设计模拟英文名称：Design and Simulation for
the Preparation and Separation Process of Isopropylbenzene
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
一、设计任务与要求
学号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 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
流量：苯和丙烯各6 kmol/s，其他组分分别为0.5 kmol/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：塔釜苯摩尔含量为0.001 .
2
化合物英文名Component ID 沸点/℃
甲烷Methane C1 -161.5
丙烯Propylene C3 -47.7
正丁烷butane NC4 -0.5
异丙苯Cumene C9 152.4
苯Benzene C6 80.1
二、流程设计
1 设计流程图
根据合成和分离要求设计流程如下图：
图1 设计流程图
其中，REACTOR - 反应器,HEATX - 换热器,SEP - 闪蒸罐,DIS- 精馏塔,COOL –冷却器,MIXER –混合器.
2 流程简介
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，连同未反应的原料与杂质一同进入深冷装置（COOL1），冷却到-12℃，送入闪蒸罐（SEP1）。

其中，气相为以甲烷为主的可燃气，送出体系；液相与产品物流进行换热，送入闪蒸罐（SEP2）。

其中，气相为以丙烯、正戊烷为主的循环气，送入闪蒸罐（SEP3），回收原料气
丙烯；液相进入精馏塔。

SEP3中液相组分为以正丁烷为主的废液。

精馏塔主要用于分离原料苯与产物异丙苯，其中塔顶轻组分以苯为主，与SEP3的气相组分（主要为丙烯）混合，送至反应器循环利用；塔底重组分为异丙苯。

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、正戊烷、苯及产物异丙苯。

如图所示：
图2 输入组分
2 物性方法选择
考虑到分离要求中，物系为丙烯、苯以及异丙苯体系，是非极性物系，且又是真实物系，选取的是RK-SOLVE物性方法。

如下图所示：
图3 物性方法的选择
3流股输入
进料（FEED）温度为120℃，压力为1.1atm，丙烯和苯均为6kmol/s，甲烷、正丁烷均为0.5kmol/s，而产物异丙苯为0kmol/s。

其余流股参数均为自动计算。

图4 原料物流参数
4 模块输入
(1)反应器（REACTOR）参数输入
选择反应器模块RStoic，反应温度为120℃，反应压力为1.1atm，在此反应器中发生反应：
C3H6（丙烯）+ C6H6（苯）= C9H12（异丙苯）
其中丙烯的转化率为0.9。

图5 反应器参数输入
图6 三个反应图示
图7 反应1
图8 反应2
图9 反应3
(2)深冷器（COOL）参数输入
选择加热器模块Heater，COOL1将物流深冷至-12℃，压降-0.1atm，目的为将进入流股冷凝至适宜温度，便于分离出轻组分甲烷气。

COOL2将物流深冷至-13℃，压力1atm，目的为将进入流股冷凝至适宜温度，便于分离出轻组分原料气丙烯，用于循环利用。

图10 深冷器
C OO
L1参数输入
图11 深冷器COOL2参数输入
图12 深冷器COOL3参数输入
(3)闪蒸罐（SEP）参数输入
选择闪蒸罐模块Flash2，SEP1温度-12℃，压力为5atm，目的为将部分轻组分（主要为甲烷，以及部分正戊烷）除去。

SEP2温度138℃，压力1atm，目的为将轻组分（丙烯，以及部分正戊烷）除去。

SEP3温度-13℃，压力1atm，目的为将循环气中的正戊烷移出体系。

图13 闪蒸罐SEP1参数输入
图14 闪蒸罐SEP2参数输入
图15 闪蒸罐SEP3参数输入
(4)混合器（MIXER）
选择混合器模块Mixer，MIXER温度120℃，压力1atm。

图16 混合器参数输入
(5)精馏塔（DIS）
选择精馏塔简捷算法模块DSTWU，目的将原料苯与产品异丙苯分离。

全塔压力为1atm，回流比设为最小回流比的1.1倍，轻关键组分为丙烯，重关键组分为苯，其摩尔分率分别为0.9999和0.0001。

如图所示：
图17 精馏塔参数输入
(6)换热器（HeatX）
选择换热器模块HeatX，其中热物流为精馏塔塔釜馏出物，冷物流为为SEP1液相组分，通过热量交换将97%纯度的异丙苯产品降至室温，送出体系。

将SEP1液相组分升温，送至SEP2进行二段分离。

图18 换热器输入参数
四、流程模拟运行结果
参数输入完成后，进行程序模拟，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所示。

图19 streams模拟结果
图20 Custom stream summary 模拟结果
.
. 图21 Model summary 模拟结果
五、确定工艺参数
根据灵敏度分析，在保证产品质量的前提下，又要兼顾尽可能的节能降耗。

综合考虑，闪蒸罐SEP1闪蒸温度-12℃，压力5atm；闪蒸罐SEP2闪蒸温度138℃，压力1atm；闪蒸罐SEP2闪蒸温度-13℃，压力1atm。

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