异丙苯制备及分离过程设计模拟

异丙苯制备及分离过程设

计模拟

Prepared on 24 November 2020

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

流量：苯和丙烯各6 kmol/s，其他组分分别为 kmol/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：塔釜苯摩尔含量为 .

2

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，丙烯和苯均为6kmol/s，甲烷、正丁烷均为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，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。

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，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 O

OL1参数输入

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倍，轻关键组分为丙烯，重关键组分为苯，其摩尔分率分别为和。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。

六、学习心得

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