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一級學科：化學工程與技術學科專業：化學工程與工藝學生： 學號：指導教授：屈一新教授北京化工大學化學工程學院二零一五年五月四日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc420048695 一、設計任務與要求 PAGEREF _Toc420048695 h 4 HYPERLINK l _Toc420048696 3.1 設計任務 PAGEREF _Toc420048696 h 4 HYPERLI

2、NK l _Toc420048697 二流程設計 PAGEREF _Toc420048697 h 4 HYPERLINK l _Toc420048698 三.完成輸入設定 PAGEREF _Toc420048698 h 4 HYPERLINK l _Toc420048699 3.1 setup設置 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

4、器模塊輸入 PAGEREF _Toc420048706 h 8 HYPERLINK l _Toc420048707 3.5.4 透平機模塊輸入 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（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（全程優化1） PAGEREF _Toc420048716 h 16 HYPERLINK l _Toc420048717 5.2 反應器溫度的靈敏度分析（全程優化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（全程優化4） PAGEREF _Toc420048719

7、 h 19 HYPERLINK l _Toc420048720 5.5 精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析 （能量優化） PAGEREF _Toc420048720 h 21 HYPERLINK l _Toc420048721 六確定工藝參數 PAGEREF _Toc420048721 h 22 HYPERLINK l _Toc420048722 七心得體會 PAGEREF _Toc420048722 h 22一、設計任務與要求 3.1 設計任務異丙苯制備及分離，我的學號是，包含數字0、1、2、4、7，由作業題目可知，我的進料中含有以下五種物質，分別為：甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸。學號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%以上二流程設計 根據合成及分離要求設計流程如下圖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、甲醇后的物流6進入反應器進行反應，乙醇和乙酸反應生成乙酸乙

9、酯，連同未反應的物質一同進入透平機中進行加壓，經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，作為產品。三.完成輸入設定 3.1 setup設置在界面中點擊Next按鈕，進入圖2的設置頁面，均為默認值，不做修改。圖2 SETUP設置界面3.2 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。圖3 組分輸入3.3 物性方法的選擇點擊Next按鈕，進入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的輸入點擊Next

10、按鈕，進入Stream輸入界面，按照設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3.5.1 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 反應器模塊輸入圖10 反應器（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，方程式為：25OH+3COOH=

11、25OOCCH3+H20關鍵組分為25OH，轉化率為0.7。具體輸入情況如圖7所示：圖11 反應器（RSTOIC）模塊輸入反應3.5.4 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 泵的輸入圖13：泵（PUMP）的輸入情況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，確定模擬結果沒有錯誤和警告。程序運行結果如圖1115所示：圖14 物流結果如上圖所示，最終乙酸乙酯產品質量分數為99.3%，達到任務要求。4.1 閃蒸罐模擬圖15 閃蒸罐（SEP）模塊結果4.2 反應器模擬圖16 反應器（REACTOR）模塊結果4.3 精餾塔

12、模擬圖17 精餾塔1（RAD1）模塊結果圖18 精餾塔2（RAD2）模塊結果圖19 精餾塔3（DSTWU3）模塊結果4.4 透平機（COMPR）模擬圖16 透平機（COMPR）模塊結果4.5 泵模擬圖17 泵（PUMP）模塊結果五靈敏度分析根據工藝流程的要求，需要對過程的產品純度和熱負荷進行靈敏度分析，即全程優化和能量優化下面從閃蒸罐溫度、閃蒸罐壓力、反應器溫度、精餾塔回流比四個方面對產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，創建靈敏度分析。定義目標變量1：產品純度，分別以閃蒸罐溫度（PROFT）、閃蒸

13、罐壓力（PROFP）、反應器溫度（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，進行對產品純度的靈敏度分析如下圖所示：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，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（全程優化1）在Vary選項卡中定義靈敏性分析自變量，如下圖所示:圖20 閃蒸罐溫度變量設置點擊Tabulate標簽，進入表格定制頁面，確定表格，輸出結果為換熱器熱、分離器和精餾塔的總能耗。如下圖所示：圖21 因變量

14、設置運行后對結果作圖，如下圖：圖22 產品純度與閃蒸罐溫度關系5.2 反應器溫度的靈敏度分析（全程優化2）Vary設置如下：圖23 反應器溫度變量設置圖24 產品純度與反應器溫度關系5.3 閃蒸罐壓力的靈敏度分析（全程優化3）Vary設置如下：圖25 閃蒸罐壓力變量設置圖26 產品純度與閃蒸罐壓力關系5.4 精餾塔回流比的靈敏度分析（全程優化4）Vary設置如下：圖27 精餾塔回流比變量設置圖28 產品純度與精餾塔回流比的關系5.5 精餾塔回流比對總能耗的靈敏度分析 （能量優化）Vary設置如下：結果如下：六確定工藝參數根據全程優化以及能量優化分析，盡可能節省能量，同時保證產品的質量，綜合考慮，閃蒸罐壓力0.69atm，溫度70，反應器溫度選為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。七心得體會短短幾次課的應用軟件實習課結束了，在老師的講解下我們對aspen有了初步的認識，算是實現了對這個軟件的入