軟件實(shí)習(xí)大作業(yè)異丙苯制備和分離流程模擬(ASPEN)

...wd......wd......wd...異丙苯制備及別離流程模擬DesignandOptimizationontheIsopropylBenzeneTechnologyProcess一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教授：教授北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一一年十二月三十日目錄異丙苯制備及別離流程模擬...................................................................................................1一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求...............................................................................................................31、設(shè)計(jì)任務(wù).....................................................................................................................3二．流程設(shè)計(jì)...........................................................................................................................4三.完成輸入設(shè)定......................................................................................................................53.1setup設(shè)置....................................................................................................................53.2輸入組分....................................................................................................................53.3物性方法的選擇........................................................................................................63.4Streams的輸入...........................................................................................................63.5BLOCK的輸入..........................................................................................................73.5.1反響器模塊的輸入..........................................................................................73.5.2換熱器模塊輸入..............................................................................................93.5.3精餾塔模塊輸入............................................................................................103.5.4閃蒸罐模塊輸入............................................................................................103.5.5泵的輸入........................................................................................................11四，模擬運(yùn)行.........................................................................................................................13五．靈敏性分析.....................................................................................................................165.1換熱器出口溫度的靈敏度分析..............................................................................185.2閃蒸罐溫度的靈敏度分析......................................................................................205.3閃蒸罐壓力的靈敏度分析........................................................................................215.4精餾塔回流比的靈敏度分析....................................................................................22六．確定工藝參數(shù)：.............................................................................................................24七．心得體會(huì).........................................................................................................................24一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求我的學(xué)號(hào)為，包含0、1、2、7、8五個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)甲烷、丙烯、正丙醇、異丙苯、苯這五種原料，進(jìn)展異丙苯制備及別離學(xué)號(hào)1234567890分子甲烷丙烯丙烷正丁烷正戊烷甲醇正丙醇異丙苯正戊烷苯〔1〕進(jìn)口物料：壓力1.1atm溫度120C流量：苯和丙烯各40kmol/s，其他組分分別為5kmol/s〔2〕反響器：丙烯轉(zhuǎn)化率0.9，壓力降、熱負(fù)荷為：0〔3〕換熱器：壓力降-0.1atm〔4〕精餾塔：要求壓力為1atm〔全塔〕，塔釜苯摩爾含量為0.0001二、流程設(shè)計(jì)根據(jù)合成及別離要求設(shè)計(jì)流程如以以下圖1所示：整個(gè)流程有五局部組成：反響器〔REACTOR〕、換熱器〔HEATER〕、閃蒸罐〔SEP〕、泵〔PUMP〕及精餾塔〔DSTWU〕。原料〔FEED〕首先進(jìn)入反響器進(jìn)展反響，丙烯和苯反響生成異丙苯，連同未反響的物質(zhì)一同進(jìn)入換熱器中進(jìn)展冷凝，經(jīng)過(guò)冷凝器降溫后的混合物進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)展閃蒸，閃蒸后的氣相進(jìn)入其他工序，液相經(jīng)泵加壓后進(jìn)入精餾塔中進(jìn)展別離，其中塔頂輕組分循環(huán)回到反響器中繼續(xù)反響，重組分異丙苯由塔釜排出，作為產(chǎn)品。圖1異丙苯制備及別離工藝流程圖三、完成輸入規(guī)定3.1setup設(shè)置在界面中點(diǎn)擊，進(jìn)入如圖2所示界面，選用英制單位，其余均為默認(rèn)值。圖2SETUP設(shè)置界面3.2輸入組分進(jìn)入如圖3所示界面，輸入正丙醇、丙烯、異丁烷、苯和異丙苯五種物質(zhì)。圖3組分輸入3.3物性方法選擇進(jìn)入Properties輸入界面，選擇適宜的物性方法，本次模擬選用RK-SOAVE物性方法。圖4物性方法的選擇3.4Streams的輸入在物性方法確定之后，在Streams輸入界面按照設(shè)計(jì)要求輸入進(jìn)口物料的溫度、壓力及各組分流率。注意各個(gè)參數(shù)的單位。如圖5所示：圖5物流〔FEED〕輸入3.5Block的輸入3.5.1反響器模塊輸入根據(jù)題目要求，反響器為絕熱的，即Heatduty為0，壓力降為0。如圖6所示：圖6反響器模塊輸入接下來(lái)設(shè)置反響方程式，點(diǎn)擊Reactions選項(xiàng)卡，在界面中點(diǎn)擊New..，新建反響，方程式為：C3H6+C6H6=C9H12轉(zhuǎn)化率為0.9，關(guān)鍵組分為C3H6。圖7反響方程式輸入3.5.2換熱器模塊輸入設(shè)定換熱器的壓力降及出口溫度，出口溫度暫設(shè)定為38圖8換熱器模塊輸入3.5.3精餾塔模塊輸入在精餾塔模塊中，確定全塔壓力均為1atm，回流比設(shè)定為2，并根據(jù)任務(wù)確定塔頂輕組分苯和重組分異丙苯的摩爾分率分別為0.999和0.0001。如圖9所示：圖9精餾塔模塊輸入3.5.4閃蒸罐模塊輸入根據(jù)別離要求，最終確定閃蒸罐壓力為0.02atm，溫度為29℃。如圖圖10閃蒸罐模塊輸入3.5.5泵的輸入離心泵的出口壓力設(shè)定為1atm，以便能夠?qū)⑽锪陷斔瓦M(jìn)精餾塔。圖11.離心泵模塊的輸入四．模擬運(yùn)行在所有輸入完成之后，將程序進(jìn)展運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程沒(méi)有錯(cuò)誤和警告，表示程序運(yùn)行成功。程序運(yùn)行結(jié)果及各模塊運(yùn)行結(jié)果如以以下圖所示：圖12運(yùn)行結(jié)果圖13換熱器模塊結(jié)果圖14反響器運(yùn)行結(jié)果圖圖15精餾塔運(yùn)行結(jié)果圖圖16閃蒸結(jié)果輸出五．靈敏性分析根據(jù)流程工藝的要求，需要對(duì)過(guò)程的熱負(fù)荷進(jìn)展靈敏性分析，下面我從換熱器出口溫度、閃蒸罐溫度、壓力和回流比四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)展了靈敏性分析。首先，從Date菜單上單擊ModelAnalysisTool，然后選擇Sensitivity，創(chuàng)立S-1靈敏性分析。定義目標(biāo)變量：HEAT〔換熱器所需熱量〕、SEP〔閃蒸罐所需冷量〕、RE〔精餾塔再沸器熱量〕、CON〔精餾塔冷凝器所需熱量〕。如以以下圖所示：圖17目標(biāo)函數(shù)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)具體設(shè)置如以以下圖5.1換熱器出口溫度的靈敏度分析在Vary選項(xiàng)卡中定義靈敏性分析自變量，自變量TEMP為HEATER的一個(gè)模塊變量，設(shè)定其變量最小值20℃和最大值50℃，并確定數(shù)據(jù)間隔為3圖19換熱器出口溫度變量設(shè)置點(diǎn)擊Tabulate標(biāo)簽，進(jìn)入表格定制頁(yè)面，確定表格，輸出結(jié)果為換熱器熱、別離器和精餾塔的總能耗。如以以下圖所示：圖20表格定制圖21總能耗與換熱器出口溫度關(guān)系5.2閃蒸罐溫度的靈敏度分析運(yùn)行結(jié)果：圖23閃蒸溫度與熱量的關(guān)系5.3閃蒸罐壓力的靈敏度分析圖24閃蒸壓力變量設(shè)置5.4精餾塔回流比的靈敏度分析圖26精餾塔回流比變量設(shè)置圖27總能耗與精餾塔回流比關(guān)系六．確定工藝參數(shù)：根據(jù)靈敏度分析，盡可能節(jié)省能量，同時(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，換熱器出口溫度選為38℃，閃蒸罐壓力0.02atm，溫度22℃，精餾塔回流比2。最終模擬結(jié)果無(wú)誤。七．心得體會(huì)：通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)踐，第一次接觸到了AspenPlus軟件，以前學(xué)化工的我只是聽(tīng)過(guò)這個(gè)軟件，而沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用過(guò)，這種未知性讓我對(duì)這個(gè)軟件的學(xué)習(xí)與使用產(chǎn)生了很大的興趣，AspenPlus軟件的功能很強(qiáng)大，在教師講解下，我們開(kāi)場(chǎng)了流程模擬，換熱器，閃蒸罐，精餾塔這些化工常用的裝置與設(shè)備的流程模擬，我們對(duì)化工流程有了更深入的理解。看教師講解操作這個(gè)軟件，感覺(jué)沒(méi)有那么難，到自己親自動(dòng)手去做，卻沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，在