软件实习大作业异丙苯制备及分离流程模拟ASPEN

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 (3)
1、设计任务 (3)
二．流程设计 (4)
三.完成输入设定 (5)
setup设置.................................. . (5)
输入组分 (5)
物性方法的选择 (6)
Streams的输入............................................................ .. (6)
BLOCK的输入........................................................ .. (7)
反应器模块的输入........................................ .. (7)
换热器模块输入...................................... .. (9)
精馏塔模块输入........................................................ (10)
闪蒸罐模块输入...................................................... .. (10)
泵的输入............................................................... .. (11)
四，模拟运行 (13)
五．灵敏性分析 (16)
换热器出口温度的灵敏度分析 (18)
闪蒸罐温度的灵敏度分析 (20)
闪蒸罐压力的灵敏度分析........................................................ .. (21)
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 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醇正丙醇异丙苯正戊烷苯
（1
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，压力降、热负荷为：0
（3）换热器：压力降atm
（4）精馏塔：要求压力为1atm （全塔），塔釜苯摩尔含量为
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
三、完成输入规定
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
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
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
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物流（FEED）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，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。

如图8所示：
图8换热器模块输入
在精馏塔模块中，确定全塔压力均为1atm，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和。

如图9所示：
图9精馏塔模块输入
根据分离要求，最终确定闪蒸罐压力为，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
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
运行结果：
图23 闪蒸温度与热量的关系
图24 闪蒸压力变量设置
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，温度22℃，精馏塔回流比2。

最终模拟结果无误。

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，我还是不太了解，在今后的学习中应该更加深入钻研，争取有更大的进步。

对于本次课设，在开始运行阶段也不太顺利，经同学的指点，将流程图略作修改之后才得以运行成功，感觉最后的结果可能还不是最优的，但我已经尽力调试，得出了上述结果。

最后，感谢老师对我们的悉心教导，我以后会将这门课所学的知识学以致用。