应用软件实践大作业异丙苯制备与分离流程模拟

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1、.异丙苯制备及分离流程模拟Design and Optimization on the Isopropyl Benzene Technology  Process 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年月日..摘要本文首先利用反应器、换热器、精馏塔构成简单的流程进行模拟计算(图1)，精馏塔采用简单模块，换热器初始换热温度为50℃。获得计算结果后发现，异丙苯的分离可以达到要求，但是排除物料中含有较多的苯，为了提高苯的利用率和降低生产成本，在原来设计流程的基础上，进行精馏塔复杂模块计算，将精馏塔冷凝器改为分凝器

2、，分离出一部分的苯循环使用。并对流程进行了优化，优化目标为流程的热负荷，优化变量为换热器换热温度。最终确定工艺流程(图13)，换热器换热温度为125摄氏度，热负荷节约35%，产物异丙苯的含量达到99.9%。一、设计任务与要求本人学号为：，包含0、1、2、4、7五个数字，对应甲烷、丙烯、正丁烷、异丙醇、苯五种物质，进行异丙苯制备和分离。异丙苯制备及分离学号1234567890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（1）进口物料：压力1.1atm温度120℃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

3、率0.9，压力降、热负荷为：0（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0.001二、流程设计根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：简单模块流程有3部分：反应器（REACTOR）、换热器（HEATER）、精馏塔(RAD)三个部分。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中进行冷凝，经过冷凝器降温后的混合物进入精馏塔精馏，轻组分物流(VAP)拟为排出物，重组分物流(PRODUCT)拟为反应产物。..图1.反应流程图三、简单模块设计

4、计算1.在画完反应流程图后，进入图2界面输入物料组分：图2.输入物流组分2.物性方法选择，选择物性方法为RK-SOAVE：..图3.物性方法选择3.输入物性方法参数图4.物性方法参数4.输入进料..图5.输入进料5.新建单位图6.新建单位6.换热器初始温度和压降，设置为50℃和-0.1atm图7.换热器初始温度和压降7.精馏塔简单模块参数输入：设置轻组分..苯，塔顶产出苯的摩尔量占进料苯摩尔量的比为0.991；重组分为异丙苯，塔顶异丙苯的摩尔量占进料异丙苯的摩尔量0.01（经多次试验后、达到苯的要求）图8.精馏塔简单模块参数输入8.反应器条件设置：反

5、应器压强设置为1.1atm，热负荷为0。图9.反应器条件设置9.反应器条件设置：设置反应（苯+丙烯异丙苯），反应丙烯转化率为0.9。..图10.反应器条件设置10.输出精馏塔分离结果图11.精馏塔分离结果图12.精馏塔具体数据分析讨论：由图11可知，PRODUCT结果中异丙苯含量为0.998753，达到分离要求，精馏塔轻组分中仍含有较多的苯，如果全部排放，后期废液处理需要的成本较高，而苯作为反应物之一，如能循环利用，可大大提高经济效益。如果将轻组分全部输送回反应器，由于其中含有较多的低碳物质，沸点低，冷凝需要大量的公用工程，生产成本过高。综合考虑，在

6、精馏塔上部，考虑采用分凝器，将苯分离产出，循环利用。精馏塔简单模块所得数据为图12所示，用于后期精馏塔复杂模块radfrac计算。四、复杂模块设计..由简单模块计算可知，为提高苯的利用率和经济效益，精馏塔上部采用分凝器，将轻组分物流组分分离出苯后输送进入反应器重新反应。其反应流程图更新如图13所示：图13.反应流程图反应器(REACTOR)和换热器(HEATER)的参数设置保持不变，对精馏塔采用复杂模块，参数设置如图14所示：图14-1.精馏塔复杂模块设置(1)图14-2.精馏塔复杂模块设置(2)..图14-3.精馏塔复杂模块设置(3)图14-4.精

7、馏塔复杂模块设置(4)为了使苯在塔釜中的摩尔分数小于0.001，在DesignSpecification中进行如下设置（见图15）：图15-1..图15-2图15-3图15-4..变量D/F值变化范围为0.2-0.8。五、设计优化对工艺流程进行优化，进入ModelAnalysisTools中Optimization内容图16.优化模块界面图17.建立优化内容其中HDUTY是换热器热负荷，DDUTYC是精馏塔冷凝器热负荷，DDUTYR是再沸器热负荷。..图18.建立优化目标其中优化目标为流程总的热负荷最小。图19.设定优化变量优化变量为换热器换热温度，

8、变化范围为0-300℃。通过上述步骤一一设定，输出的优化结果如图20所示：图20.优化结果由图20可知，比初