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1、 乙酸乙酯制备及分离流程模拟Design and Optimization on the Ethyl AcetateTechnology Process一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程与工艺学生： 学号：指导教授：屈一新教授北京化工大学化学工程学院二零一五年五月四日目 录一、设计任务与要求43.1 设计任务4二流程设计4三.完成输入设定43.1 setup设置53.2 输入组分53.3 物性方法的选择53.4 Streams的输入63.5 BLOCK的输入63.5.1 闪蒸罐模块的输入63.5.2 精馏塔模块输入63.5.3 反应器模块输入83.5.4 透平机模块输入93.5.5 泵
2、的输入10四模拟运行104.1 闪蒸罐模拟114.2 反应器模拟114.3 精馏塔模拟114.4 透平机（COMPR）模拟124.5 泵模拟13五灵敏度分析135.1 闪蒸罐温度的灵敏度分析（全程优化1）165.2 反应器温度的灵敏度分析（全程优化2）175.3 闪蒸罐压力的灵敏度分析（全程优化3）185.4 精馏塔回流比的灵敏度分析（全程优化4）195.5 精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析 （能量优化）21六确定工艺参数22七心得体会22一、设计任务与要求 3.1 设计任务异丙苯制备及分离，我的学号是，包含数字0、1、2、4、7，由作业题目可知，我的进料中含有以下五种物质，分别为：甲烷，乙醇
3、，正丁烷，甲醇，乙酸。学号1234567890分子甲烷乙醇丙烷正丁烷正戊烷甲苯甲醇异丙苯正戊烷乙酸（1）进口物料：压力2atm 温度120 流量：乙酸和乙醇各200kmol/h，其他组分分别为5kmol/h（2）乙酸乙酯纯度达到99%以上二流程设计 根据合成及分离要求设计流程如下图1所示：图1 乙酸乙酯制备及分离工艺流程图整个流程有六部分组成：反应器（REACTOR）、闪蒸罐（SEP）、泵（PUMP）、透平机（COMPR）、精馏塔（DSTWU）及严格精馏塔（RADFRAC）。原料（1）首先进入闪蒸罐进行初步分离，再通过泵加压进入精馏塔1进行再分离。分离了甲烷、正丁烷、甲醇后的物流6进入反应器进
4、行反应，乙醇和乙酸反应生成乙酸乙酯，连同未反应的物质一同进入透平机中进行加压，经过透平机加压后的混合物进入精馏塔2进行精馏，分离乙酸，精馏后的塔顶物流进入精馏塔3，分离乙醇，重组分乙酸乙酯由塔釜排出，作为产品。三.完成输入设定 3.1 setup设置在界面中点击Next按钮，进入图2的设置页面，均为默认值，不做修改。图2 SETUP设置界面3.2 输入组分点击Next按钮，进入如图3所示界面，输入甲烷，乙醇，正丁烷，甲醇，乙酸、水、乙酸乙酯七种物质。图3 组分输入3.3 物性方法的选择点击Next按钮，进入Properties输入界面，如图4，选择NRTL物性方法。图4 物性方法的选择3.4
5、Streams的输入点击Next按钮，进入Stream输入界面，按照设计要求输入进口物料的温度，压力以及各组分的流率。具体输入情况如图5所示。图5 Stream（1）的输入3.5 BLOCK的输入3.5.1 闪蒸罐模块的输入点击Next，进入各BLOCK的输入界面，输入情况如图6所示图6 闪蒸罐（SEP）模块输入3.5.2 精馏塔模块输入输入情况如图7所示：图7 精馏塔1（RAD1）模块输入图8 精馏塔2（RAD2）模块输入图9 精馏塔3（DSTWU3）模块输入3.5.3 反应器模块输入图10 反应器（RSTOIC）模块输入点击Next进入Reaction选项卡，在界面中点击New,新建反应，
6、方程式为：𝐶2𝐻5OH+𝐶𝐻3COOH=𝐶2𝐻5OOCCH3+H20关键组分为𝐶2𝐻5OH，转化率为0.7。具体输入情况如图7所示：图11 反应器（RSTOIC）模块输入反应3.5.4 透平机模块输入输入情况如图12所示图12 透平机（COMPR）模块输入3.5.5 泵的输入图13：泵（PUMP）的输入情况四模拟运行所有输入完成之后，点击Next按钮确定输入全部完成，然后运行模拟程序，确定模拟结果没有错误和警告。程序运行结果如图1115所示：图14 物流结果如上图所示
7、，最终乙酸乙酯产品质量分数为99.3%，达到任务要求。4.1 闪蒸罐模拟图15 闪蒸罐（SEP）模块结果4.2 反应器模拟图16 反应器（REACTOR）模块结果4.3 精馏塔模拟图17 精馏塔1（RAD1）模块结果图18 精馏塔2（RAD2）模块结果图19 精馏塔3（DSTWU3）模块结果4.4 透平机（COMPR）模拟图16 透平机（COMPR）模块结果4.5 泵模拟图17 泵（PUMP）模块结果五灵敏度分析根据工艺流程的要求，需要对过程的产品纯度和热负荷进行灵敏度分析，即全程优化和能量优化下面从闪蒸罐温度、闪蒸罐压力、反应器温度、精馏塔回流比四个方面对产品纯度和热负荷分别进行灵敏度分析。
8、首先，从Date菜单上单击Model Analysis Tool，然后选择Sensitivity，创建灵敏度分析。定义目标变量1：产品纯度，分别以闪蒸罐温度（PROFT）、闪蒸罐压力（PROFP）、反应器温度（FAN）、精馏塔1回流比（PROT1）、精馏塔2回流比（PROT2）、精馏塔3回流比（PROT3）为自变量，进行对产品纯度的灵敏度分析如下图所示：图18 定义目标变量1定义目标变量2：总热负荷，分别以精馏塔1回流比、精馏塔2回流比、精馏塔3回流比为自变量，进行对流程总热负荷的灵敏度分析如下图所示：图19 定义目标变量25.1 闪蒸罐温度的灵敏度分析（全程优化1）在Vary选项卡中定义灵敏
9、性分析自变量，如下图所示:图20 闪蒸罐温度变量设置点击Tabulate标签，进入表格定制页面，确定表格，输出结果为换热器热、分离器和精馏塔的总能耗。如下图所示：图21 因变量设置运行后对结果作图，如下图：图22 产品纯度与闪蒸罐温度关系5.2 反应器温度的灵敏度分析（全程优化2）Vary设置如下：图23 反应器温度变量设置图24 产品纯度与反应器温度关系5.3 闪蒸罐压力的灵敏度分析（全程优化3）Vary设置如下：图25 闪蒸罐压力变量设置图26 产品纯度与闪蒸罐压力关系5.4 精馏塔回流比的灵敏度分析（全程优化4）Vary设置如下：图27 精馏塔回流比变量设置图28 产品纯度与精馏塔回流比
10、的关系5.5 精馏塔回流比对总能耗的灵敏度分析 （能量优化）Vary设置如下：结果如下：六确定工艺参数根据全程优化以及能量优化分析，尽可能节省能量，同时保证产品的质量，综合考虑，闪蒸罐压力0.69atm，温度70，反应器温度选为130，精馏塔1回流比25.6，共51块实际塔板，精馏塔2回流比4.27，共9块实际塔板，精馏塔3回流比4.36，共9块实际塔板。七心得体会短短几次课的应用软件实习课结束了，在老师的讲解下我们对aspen有了初步的认识，算是实现了对这个软件的入门。学习使用aspen这几次课里，我有几个很深刻的体会。第一，aspen的确十分强大，它可以瞬间解决需要人工计算好久的问题。有了它，我们可以更高效更准确的解决许多问题。第二，使用aspen来模拟流程是要基于化工原理等许多理论知识的。要想能够好好的应用aspen，我们必须先学好化工原理，能熟练运用化工原理的知识，否则就算有了这个软件也没什么作用。第三，aspen是全英文的，尤其是每次显示出错的时候错误都是用英语描述的，这一点让我深刻的体会到英语的重要性。
