1、PAGE PAGE 22 乙酸乙酯制備及分離流程模擬Design and Optimization on the Ethyl AcetateTechnology Process一級(jí)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(hào)：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目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc420048695 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc420048695 h 4 HYPERLINK l _Toc420048696 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc420048696 h 4 HYPERLI

2、NK l _Toc420048697 二流程設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420048697 h 4 HYPERLINK l _Toc420048698 三.完成輸入設(shè)定 PAGEREF _Toc420048698 h 4 HYPERLINK l _Toc420048699 3.1 setup設(shè)置 PAGEREF _Toc420048699 h 5 HYPERLINK l _Toc420048700 3.2 輸入組分 PAGEREF _Toc420048700 h 5 HYPERLINK l _Toc420048701 3.3 物性方法的選擇 PAGEREF _Toc420048701 h 5

3、 HYPERLINK l _Toc420048702 3.4 Streams的輸入 PAGEREF _Toc420048702 h 6 HYPERLINK l _Toc420048703 3.5 BLOCK的輸入 PAGEREF _Toc420048703 h 6 HYPERLINK l _Toc420048704 3.5.1 閃蒸罐模塊的輸入 PAGEREF _Toc420048704 h 6 HYPERLINK l _Toc420048705 3.5.2 精餾塔模塊輸入 PAGEREF _Toc420048705 h 6 HYPERLINK l _Toc420048706 3.5.3 反應(yīng)

4、器模塊輸入 PAGEREF _Toc420048706 h 8 HYPERLINK l _Toc420048707 3.5.4 透平機(jī)模塊輸入 PAGEREF _Toc420048707 h 9 HYPERLINK l _Toc420048708 3.5.5 泵的輸入 PAGEREF _Toc420048708 h 10 HYPERLINK l _Toc420048709 四模擬運(yùn)行 PAGEREF _Toc420048709 h 10 HYPERLINK l _Toc420048710 4.1 閃蒸罐模擬 PAGEREF _Toc420048710 h 11 HYPERLINK l _Toc

5、420048711 4.2 反應(yīng)器模擬 PAGEREF _Toc420048711 h 11 HYPERLINK l _Toc420048712 4.3 精餾塔模擬 PAGEREF _Toc420048712 h 11 HYPERLINK l _Toc420048713 4.4 透平機(jī)（COMPR）模擬 PAGEREF _Toc420048713 h 12 HYPERLINK l _Toc420048714 4.5 泵模擬 PAGEREF _Toc420048714 h 13 HYPERLINK l _Toc420048715 五靈敏度分析 PAGEREF _Toc420048715 h 13

6、 HYPERLINK l _Toc420048716 5.1 閃蒸罐溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化1） PAGEREF _Toc420048716 h 16 HYPERLINK l _Toc420048717 5.2 反應(yīng)器溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化2） PAGEREF _Toc420048717 h 17 HYPERLINK l _Toc420048718 5.3 閃蒸罐壓力的靈敏度分析（全程優(yōu)化3） PAGEREF _Toc420048718 h 18 HYPERLINK l _Toc420048719 5.4 精餾塔回流比的靈敏度分析（全程優(yōu)化4） PAGEREF _Toc420048719

7、 h 19 HYPERLINK l _Toc420048720 5.5 精餾塔回流比對(duì)總能耗的靈敏度分析 （能量?jī)?yōu)化） PAGEREF _Toc420048720 h 21 HYPERLINK l _Toc420048721 六確定工藝參數(shù) PAGEREF _Toc420048721 h 22 HYPERLINK l _Toc420048722 七心得體會(huì) PAGEREF _Toc420048722 h 22一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)異丙苯制備及分離，我的學(xué)號(hào)是，包含數(shù)字0、1、2、4、7，由作業(yè)題目可知，我的進(jìn)料中含有以下五種物質(zhì)，分別為：甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸。學(xué)號(hào)123

8、4567890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(jìn)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(dá)到99%以上二流程設(shè)計(jì) 根據(jù)合成及分離要求設(shè)計(jì)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(gè)流程有六部分組成：反應(yīng)器（REACTOR）、閃蒸罐（SEP）、泵（PUMP）、透平機(jī)（COMPR）、精餾塔（DSTWU）及嚴(yán)格精餾塔（RADFRAC）。原料（1）首先進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行初步分離，再通過泵加壓進(jìn)入精餾塔1進(jìn)行再分離。分離了甲烷、正丁烷、甲醇后的物流6進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，乙醇和乙酸反應(yīng)生成乙酸乙

9、酯，連同未反應(yīng)的物質(zhì)一同進(jìn)入透平機(jī)中進(jìn)行加壓，經(jīng)過透平機(jī)加壓后的混合物進(jìn)入精餾塔2進(jìn)行精餾，分離乙酸，精餾后的塔頂物流進(jìn)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 3.1 setup設(shè)置在界面中點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入圖2的設(shè)置頁(yè)面，均為默認(rèn)值，不做修改。圖2 SETUP設(shè)置界面3.2 輸入組分點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)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 物性方法的選擇點(diǎn)擊Next按鈕，進(jìn)入Properties輸入界面，如圖4，選擇NRTL物性方法。圖4 物性方法的選擇3.4 Streams的輸入點(diǎn)擊Next

10、按鈕，進(jìn)入Stream輸入界面，按照設(shè)計(jì)要求輸入進(jìn)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3.5.1 閃蒸罐模塊的輸入點(diǎn)擊Next，進(jìn)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 精餾塔模塊輸入輸入情況如圖7所示：圖7 精餾塔1（RAD1）模塊輸入圖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)器模塊輸入圖10 反應(yīng)器（RSTOIC）模塊輸入點(diǎn)擊Next進(jìn)入Reaction選項(xiàng)卡，在界面中點(diǎn)擊New,新建反應(yīng)，方程式為：25OH+3COOH=

11、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(jī)模塊輸入輸入情況如圖12所示圖12 透平機(jī)（COMPR）模塊輸入3.5.5 泵的輸入圖13：泵（PUMP）的輸入情況四模擬運(yùn)行所有輸入完成之后，點(diǎn)擊Next按鈕確定輸入全部完成，然后運(yùn)行模擬程序，確定模擬結(jié)果沒有錯(cuò)誤和警告。程序運(yùn)行結(jié)果如圖1115所示：圖14 物流結(jié)果如上圖所示，最終乙酸乙酯產(chǎn)品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.3%，達(dá)到任務(wù)要求。4.1 閃蒸罐模擬圖15 閃蒸罐（SEP）模塊結(jié)果4.2 反應(yīng)器模擬圖16 反應(yīng)器（REACTOR）模塊結(jié)果4.3 精餾塔

12、模擬圖17 精餾塔1（RAD1）模塊結(jié)果圖18 精餾塔2（RAD2）模塊結(jié)果圖19 精餾塔3（DSTWU3）模塊結(jié)果4.4 透平機(jī)（COMPR）模擬圖16 透平機(jī)（COMPR）模塊結(jié)果4.5 泵模擬圖17 泵（PUMP）模塊結(jié)果五靈敏度分析根據(jù)工藝流程的要求，需要對(duì)過程的產(chǎn)品純度和熱負(fù)荷進(jìn)行靈敏度分析，即全程優(yōu)化和能量?jī)?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(gè)方面對(duì)產(chǎn)品純度和熱負(fù)荷分別進(jìn)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(biāo)變量1：產(chǎn)品純度，分別以閃蒸罐溫度（PROFT）、閃蒸

13、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(jìn)行對(duì)產(chǎn)品純度的靈敏度分析如下圖所示：圖18 定義目標(biāo)變量1定義目標(biāo)變量2：總熱負(fù)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，進(jìn)行對(duì)流程總熱負(fù)荷的靈敏度分析如下圖所示：圖19 定義目標(biāo)變量25.1 閃蒸罐溫度的靈敏度分析（全程優(yōu)化1）在Vary選項(xiàng)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(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、分離器和精餾塔的總能耗。如下圖所示：圖21 因變量

14、設(shè)置運(yùn)行后對(duì)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（全程優(yōu)化2）Vary設(shè)置如下：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析（全程優(yōu)化3）Vary設(shè)置如下：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（全程優(yōu)化4）Vary設(shè)置如下：圖27 精餾塔回流比變量設(shè)置圖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(duì)總能耗的靈敏度分析 （能量?jī)?yōu)化）Vary設(shè)置如下：結(jié)果如下：六確定工藝參數(shù)根據(jù)全程優(yōu)化以及能量?jī)?yōu)化分析，盡可能節(jié)省能量，同時(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量，綜合考慮，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(shí)際塔板，精餾塔2回流比4.27，共9塊實(shí)際塔板，精餾塔3回流比4.36，共9塊實(shí)際塔板。七心得體會(huì)短短幾次課的應(yīng)用軟件實(shí)習(xí)課結(jié)束了，在老師的講解下我們對(duì)aspen有了初步的認(rèn)識(shí)，算是實(shí)現(xiàn)了對(duì)這個(gè)軟件的入