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1、 欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!乙酸乙酯的制备与分离流程模拟Design and Optimization on the Ethyl Acetate Technology Process一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程与技术学 号：班 级：姓 名：指导教授：北京化工大学化学工程学院二零一七年 五月目 录1设计任务与设计目标51.1设计任务51.2设计目标52物性数据53工艺流程的选择和论证分析64全流程模拟的输入设定74.1setup设置74.2组分输入74.3物性方法设置84.4Stream输入84.5Reaction输入94.6BLOCK的输入104.6.1精馏塔T1
2、的输入104.6.2闪蒸罐模块的输入114.6.3反应精馏塔RAD的设置114.6.4分离器的输入135模拟运行146流程与能量优化156.1闪蒸罐156.2反应精馏塔166.3能量集成187结论198心得体会20 感谢阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助!1 设计任务与设计目标1.1 设计任务我的学号是。，包含数字0、1、2、6、9，设计任务中有甲烷、乙醇、甲苯、正戊烷、乙酸5种物质，乙醇与乙酸反应生成乙酸乙酯和水。表1-1 设计任务物质列表学号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500kmol/
3、h，其他组分分别为20kmol/h（2）乙酸乙酯纯度达到99%以上1.2 设计目标（1）工艺流程的选择和论证分析（2）全流程模拟（3）流程优化（4）能量集成和优化 （至少有一种）（5）动态分析 （选作）2 物性数据各物质的主要物性数据如表2-1所示：表2-1 各物质主要物性参数物质相对分子质量相对密度熔点沸点乙醇46.070.78945-114.378.4乙酸60.051.05016.7118.3乙酸乙酯88.1060.8945-83.677.10水18.0210100甲苯92.140.866-94.9110.6正戊烷72.140.626-129.836.1甲烷16.0430.42-182.5
4、-161.53 工艺流程的选择和论证分析根据合成及分离要求，通过对过程的分析，在ASPEN PLUS软件上建立乙酸乙酯制备与分离的工艺流程图，如图3-1所示：图3-1 工艺流程图原料液FEED首先进入精馏塔T1进行初步的乙酸与乙醇的分离，塔顶得到轻组分T1D，主要包含乙醇与正戊烷、甲苯和甲烷，塔釜得到重组分AC，主要为乙酸。物流T1D进入闪蒸罐FLASH进行乙醇与正戊烷、甲苯、甲烷的初步分离，闪蒸罐上部的气相物流FLA-OUT主要包括大部分的正戊烷和甲烷及小部分的甲苯，闪蒸罐下部液相物流ETHA主要包括乙醇及部分甲烷等。回收的乙醇ETHA和乙酸AC物流分别从不同位置进入精馏塔RAD，进行酯化反
5、应，塔顶物流RAD-D主要为生成的乙酸乙酯和水，以及未发生反应的乙醇，塔釜物流RAD-W主要为未发生反应的乙酸，可选择回收程序回收使用。带有产物乙酸乙酯的物流RAD-D被送入组分分离器SEP进行分离，最终得到产物物流PRODUCT，其中乙酸乙酯的纯度为99.9%。4 全流程模拟的输入设定4.1 setup设置流程建立以后，点击Next进入参数设置，setup设置如图4-1：图4-1 setup设置界面4.2 组分输入根据设计要求，原料中包括甲烷、乙醇、乙酸、正戊烷、甲苯组分，同时产物中包括乙酸乙酯和水，组分输入界面如图4-2。图4-2 组分输入界面4.3 物性方法设置组分输入完成后点击Next
6、进入Properties界面，选择物性方法NRTL-HOC，如图4-3。图4-3 物性方法选择界面4.4 Stream输入物性方法选择完成后，点击Next查看相互作用系数后，再次点击Next进入物流Streams输入界面，完成对进料物流FEED的输入，进料条件为：温度120、压力2atm，乙酸与乙醇流量为500kmol/hr，甲烷、甲苯与正戊烷流量为20kmol/hr，如图4-4。图4-4 Stream输入界面4.5 Reaction输入点击Reaction，进入Object manager界面，设置化学反应R-1，选择反应类型为REAC-DIST，如图4-5所示。图4-5 设置化学反应R-1
7、界面定义R-1反应的正、逆反应，选择反应类型为KINETIC，设置后如图4-6所示。图4-6 正、逆反应设定设置正、逆反应的反应动力学，如图4-7、4-8。图4-7 正反应反应动力学设置界面图4-8 逆反应反应动力学设置界面4.6 BLOCK的输入4.6.1 精馏塔T1的输入点击Next，进入BLOCK模块，精馏塔T1主要用于乙醇和乙酸的分离，根据题目要求，在精馏塔模块中，确定全塔压降均为2atm，回流比设定为1.7，并根据任务确定塔顶轻组分乙醇和重组分乙酸的摩尔分率分别为0.999和0.001，精馏塔T1输入情况如图4-9所示。图4-9 精馏塔T1的设置界面4.6.2 闪蒸罐模块的输入点击N
8、ext，进入BLOCK模块输入，闪蒸罐FLASH主要用于分离乙酸和乙醇，设置如图4-10所示。图4-10 闪蒸罐FLASH的设置界面4.6.3 反应精馏塔RAD的设置反应精馏塔采用RADFRAC模块进行模拟，精馏塔模块参数设置如图4-11所示。图4-11 反应精馏塔RAD的设置界面乙醇物流从塔下部第25块塔板进入精馏塔，乙酸从第7块塔板进料，压力设置为1个大气压，如图4-12、4-13所示:图4-12 反应精馏塔RAD进料位置设置界面图4-13 反应精馏塔RAD压力设置界面塔板参数确定后，需要设置反应在精馏塔内的塔板区间，同时设置反应在反应的停留时间，点击反应精馏塔的Reaction选项，设置
9、反应R-1参数：图4-14 反应精馏塔反应塔板区间设置图4-15 反应精馏塔反应停留时间设置4.6.4 分离器的输入根据分离要求，确定分离器SEP模块，将乙酸乙酯分离出来，输入情况如图4-16所示：图4-16 分离器的设置界面5 模拟运行各模块参数配置完成后，运行流程得到如下的模拟结果：表5-1 模拟结果ACETHAFEEDFLA-OUTPRODUCTRAD-DRAD-WSEP-OUTT1DTemperatureC118901209067.667.611867.6-79.3Pressure atm122211111Vapor Frac000.57110000.0320Mole Flow kmo
10、l/hr500388.2461060171.754211.54600288.246388.46560Mass Flow kg/hr30019.29318571.37956667.4718076.79918623.18931281.92417308.74812658.73626648.178Volume Flow cum/hr31.76125.7158517.6632464.19622.09937.4218.31357.30430.007Enthalpy Gcal/hr-56.352-23.924-84.402-7.911-23.874-48.333-32.498-24.655-35.838Ma
11、ss Flow kg/hrCH4trace10.279320.855310.57610.279trace10.279320.855ETHA23.03517070.24823034.525941.2377346.3610.0037346.36123011.485C5trace239.1111443.0061203.895239.111trace239.1111443.006C70.0051222.4911842.81620.3141222.496 0.0011222.4961842.805AA29996.25429.2530026.280.77715.0117305.05315.0130.026
12、EA18619.37818638.0162.81418.638H2O3.8113810.6510.8783806.841续表5-1ACETHAFEEDFLA-OUTPRODUCTRAD-DRAD-WSEP-OUTT1DMass FracCH4trace554 PPM0.0060.038329 PPMtrace812 PPM0.012ETHA767 PPM0.9190.4060.7360.235170 PPB0.580.864C5trace0.0130.0250.1490.008trace0.0190.054C7167 PPB0.0660.0330.0770.03917 PPB0.0970.069AA0.9990.0020.5396 PPM480 PPM10.0010.001EA10.596163 PPM0.001H2O205 PPM0.12251 PPM0.301Mole Flow kmol/hrCH4trace0.6412019.3590.641trace0.64120ETHA0.5370.536500128.964159.464 0.001159.464499.5C5trace3.3142016.6863.314trace3.31420C7 0.00113.268206.73213.268trace13.26820AA499.50.4875000.0130.25288.
