北京化工大學(xué)-乙酸乙酯制備及分離流程模擬

1、 乙酸乙酯制備及分離流程模擬乙酸乙酯制備及分離流程模擬Design and Optimization on the Ethyl AcetateTechnology Process一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生： 學(xué)號：指導(dǎo)教授：屈一新教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一五年五月四日23目目 錄錄一、設(shè)計任務(wù)與要求一、設(shè)計任務(wù)與要求 .43.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù).4二流程設(shè)計二流程設(shè)計 .4三三.完成輸入設(shè)定完成輸入設(shè)定 .43.1 SETUP設(shè)置設(shè)置 .53.2 輸入組分輸入組分.53.3 物性方法的選擇物性方法的選擇.53.4 STREAMS的輸入的輸入 .63.5 BL

2、OCK 的輸入的輸入.63.5.1 閃蒸罐模塊的輸入閃蒸罐模塊的輸入.63.5.2 精餾塔模塊輸入精餾塔模塊輸入.63.5.3 反應(yīng)器模塊輸入反應(yīng)器模塊輸入.83.5.4 透平機模塊輸入透平機模塊輸入.93.5.5 泵的輸入泵的輸入.10四模擬運行四模擬運行 .104.14.1 閃蒸罐模擬閃蒸罐模擬.114.24.2 反應(yīng)器模擬反應(yīng)器模擬.114.34.3 精餾塔模擬精餾塔模擬.114.44.4 透平機（透平機（COMPRCOMPR）模擬）模擬.124.54.5 泵模擬泵模擬.13五靈敏度分析五靈敏度分析 .135.1 閃蒸罐溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化閃蒸罐溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化 1 1）

3、.165.2 反應(yīng)器溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化反應(yīng)器溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化 2 2）.175.3 閃蒸罐壓力的靈敏度分析（全程優(yōu)化閃蒸罐壓力的靈敏度分析（全程優(yōu)化 3 3）.185.4 精餾塔回流比的靈敏度分析（全程優(yōu)化精餾塔回流比的靈敏度分析（全程優(yōu)化 4 4）.195.5 精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析 （能量優(yōu)化）（能量優(yōu)化）.21六確定工藝參數(shù)六確定工藝參數(shù) .22七心得體會七心得體會 .224一、設(shè)計任務(wù)與要求 3.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)異丙苯制備及分離，我的學(xué)號是，包含數(shù)字0、1、2、4、7，由作業(yè)題目可知，我的進料中含有以下五種物質(zhì)，分別為：甲

4、烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸。學(xué)號1234567890分子甲烷乙醇丙烷正丁烷正戊烷甲苯甲醇異丙苯正戊烷乙酸（1）進口物料：壓力2atm 溫度120 流量：乙酸和乙醇各200kmol/h，其他組分分別為5kmol/h（2）乙酸乙酯純度達到99%以上二流程設(shè)計 根據(jù)合成及分離要求設(shè)計流程如下圖1所示：圖1 乙酸乙酯制備及分離工藝流程圖整個流程有六部分組成：反應(yīng)器（REACTOR） 、閃蒸罐（SEP） 、泵（PUMP） 、透平機（COMPR） 、精餾塔（DSTWU）及嚴格精餾塔（RADFRAC） 。原料（1）首先進入閃蒸罐進行初步分離，再通過泵加壓進入精餾塔1進行再分離。分離了甲烷、正丁烷、甲醇后的

5、物流6進入反應(yīng)器進行反應(yīng)，乙醇和乙酸反應(yīng)生成乙酸乙酯，連同未反應(yīng)的物質(zhì)一同進入透平機中進行加壓，經(jīng)過透平機加壓后的混合物進入精餾塔2進行精餾，分離乙酸，精餾后的塔頂物流進入精餾塔3，分離乙醇，重組分乙酸乙酯由塔釜排出，作為產(chǎn)品。三.完成輸入設(shè)定 53.1 setup設(shè)置設(shè)置在界面中點擊Next按鈕，進入圖2的設(shè)置頁面，均為默認值，不做修改。圖2 SETUP設(shè)置界面3.2 輸入組分輸入組分點擊Next按鈕，進入如圖3所示界面，輸入甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸、水、乙酸乙酯七種物質(zhì)。圖3 組分輸入3.3 物性方法的選擇物性方法的選擇點擊Next按鈕，進入Properties輸入界面，如圖4，選擇

6、NRTL物性方法。6圖4 物性方法的選擇3.4 Streams的輸入的輸入點擊Next按鈕，進入Stream輸入界面，按照設(shè)計要求輸入進口物料的溫度，壓力以及各組分的流率。具體輸入情況如圖5所示。圖5 Stream（1）的輸入3.5 BLOCK的輸入的輸入3.5.1 閃蒸罐模塊的輸入閃蒸罐模塊的輸入點擊Next，進入各BLOCK的輸入界面，輸入情況如圖6所示圖6 閃蒸罐（SEP）模塊輸入3.5.2 精餾塔模塊輸入精餾塔模塊輸入輸入情況如圖7所示：7圖7 精餾塔1（RAD1）模塊輸入8圖8 精餾塔2（RAD2）模塊輸入圖9 精餾塔3（DSTWU3）模塊輸入3.5.3 反應(yīng)器模塊輸入反應(yīng)器模塊輸入

7、9圖10 反應(yīng)器（RSTOIC）模塊輸入點擊Next進入Reaction選項卡，在界面中點擊New,新建反應(yīng)，方程式為：25OH+3COOH=25OOCCH3+H20關(guān)鍵組分為25OH，轉(zhuǎn)化率為0.7。具體輸入情況如圖7所示：圖11 反應(yīng)器（RSTOIC）模塊輸入反應(yīng)3.5.4 透平機模塊輸入透平機模塊輸入輸入情況如圖12所示圖12 透平機（COMPR）模塊輸入3.5.5 泵的輸入泵的輸入10圖13：泵（PUMP）的輸入情況四模擬運行四模擬運行所有輸入完成之后，點擊Next按鈕確定輸入全部完成，然后運行模擬程序，確定模擬結(jié)果沒有錯誤和警告。程序運行結(jié)果如圖1115所示：圖14 物流結(jié)果如上圖所

8、示，最終乙酸乙酯產(chǎn)品質(zhì)量分數(shù)為99.3%，達到任務(wù)要求。4.14.1 閃蒸罐模擬閃蒸罐模擬11圖15 閃蒸罐（SEP）模塊結(jié)果4.24.2 反應(yīng)器模擬反應(yīng)器模擬圖16 反應(yīng)器（REACTOR）模塊結(jié)果4.34.3 精餾塔模擬精餾塔模擬圖17 精餾塔1（RAD1）模塊結(jié)果12圖18 精餾塔2（RAD2）模塊結(jié)果圖19 精餾塔3（DSTWU3）模塊結(jié)果4.44.4 透平機（透平機（COMPRCOMPR）模擬）模擬圖16 透平機（COMPR）模塊結(jié)果4.54.5 泵模擬泵模擬13圖17 泵（PUMP）模塊結(jié)果五靈敏度分析五靈敏度分析根據(jù)工藝流程的要求，需要對過程的產(chǎn)品純度和熱負荷進行靈敏度分析，即全

9、程優(yōu)化和能量優(yōu)化下面從閃蒸罐溫度、閃蒸罐壓力、反應(yīng)器溫度、精餾塔回流比四個方面對產(chǎn)品純度和熱負荷分別進行靈敏度分析。首先，從Date菜單上單擊Model Analysis Tool，然后選擇Sensitivity，創(chuàng)建靈敏度分析。定義目標變量1：產(chǎn)品純度，分別以閃蒸罐溫度（PROFT） 、閃蒸罐壓力（PROFP） 、反應(yīng)器溫度（FAN） 、精餾塔1回流比（PROT1） 、精餾塔2回流比（PROT2） 、精餾塔3回流比（PROT3）為自變量，進行對產(chǎn)品純度的靈敏度分析如下圖所示：1415圖18 定義目標變量1定義目標變量2：總熱負荷，分別以精餾塔1回流比、精餾塔2回流比、精餾塔3回流比為自變量，

10、進行對流程總熱負荷的靈敏度分析如下圖所示：圖19 定義目標變量25.1 閃蒸罐溫度的靈敏度分析閃蒸罐溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化（全程優(yōu)化1 1）在Vary選項卡中定義靈敏性分析自變量，如下圖所示:圖20 閃蒸罐溫度變量設(shè)置點擊Tabulate標簽，進入表格定制頁面，確定表格，輸出結(jié)果為換熱器熱、分離器和精餾塔的總能耗。如下圖所示：16圖21 因變量設(shè)置運行后對結(jié)果作圖，如下圖：圖22 產(chǎn)品純度與閃蒸罐溫度關(guān)系5.2 反應(yīng)器溫度的靈敏度分析反應(yīng)器溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化（全程優(yōu)化2 2）Vary設(shè)置如下：17圖23 反應(yīng)器溫度變量設(shè)置圖24 產(chǎn)品純度與反應(yīng)器溫度關(guān)系5.3 閃蒸罐壓力的靈敏度分

11、析閃蒸罐壓力的靈敏度分析（全程優(yōu)化（全程優(yōu)化3 3）Vary設(shè)置如下：18圖25 閃蒸罐壓力變量設(shè)置圖26 產(chǎn)品純度與閃蒸罐壓力關(guān)系5.4 精餾塔回流比的靈敏度分析精餾塔回流比的靈敏度分析（全程優(yōu)化（全程優(yōu)化4 4）Vary設(shè)置如下：19圖27 精餾塔回流比變量設(shè)置2021圖28 產(chǎn)品純度與精餾塔回流比的關(guān)系5.5 精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析 （能量優(yōu)化）（能量優(yōu)化）Vary設(shè)置如下：22結(jié)果如下：六六確定工藝參數(shù)確定工藝參數(shù)根據(jù)全程優(yōu)化以及能量優(yōu)化分析，盡可能節(jié)省能量，同時保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，閃蒸罐壓力0.69atm，溫度70，反應(yīng)器溫度選為130，精餾塔1回流比25.6，共51塊實際塔板，精餾塔2回流比4.27，共9塊實際塔板，精餾塔3回流比4.36，共9塊實際塔板。七心得體會七心得體會短短幾次課的應(yīng)用軟件實習(xí)課結(jié)束了，在老師的講解下我們對aspen有了初步的認識，算是實現(xiàn)了對這個軟件的入門。學(xué)習(xí)使用aspen這幾次課里，我有幾個很深刻的體會。第一，aspen的確十分強大，它可以