化工过程模拟与优化

1《化工过程模拟与优化》化工过程模拟与优化》化工过程模拟与优化》化工过程模拟与优化》课程设计报告课程设计报告课程设计报告课程设计报告丙烯、丁烯反应生成庚烯过程的设计与优化过程的设计与优化过程的设计与优化过程的设计与优化院院院院系系系系化工与能源学院化工与能源学院化工与能源学院化工与能源学院专专专专业业业业化学工程化学工程化学工程化学工程2004200420042004博博博博学学学学生生生生石东坡石东坡石东坡石东坡陈震生陈震生陈震生陈震生指导教师指导教师指导教师指导教师钱钱钱钱宇宇宇宇教授教授教授教授陆恩锡陆恩锡陆恩锡陆恩锡教授教授教授教授李秀喜李秀喜李秀喜李秀喜老师老师老师老师二零零四年二零零四年二零零四年二零零四年十二月十二月十二月十二月2前前前前言言言言概念设计又称为“预设计”，是在根据开发基础研究成果、文献数据、现有类似的操作数据和工作经验基础上，按照所开发的新技术工业化规模要求而作出的预设计，用以指导过程研究及提出对开发性的基础研究进一步的要求，所以它是实验研究和过程研究的指南，是开发研究过程中十分关键的一个步骤。概念设计不同于工程设计，因而不能作为施工的依据，但是成功的概念设计不但可以节省大量的人力和物力，而且可以加快新技术的开发速度，提高开发的水平和实用价值。一个很普通的单一产品的生产过程，可能有104～109个方案可供选择，如何从技术、经济的角度把最有希望的方案设计出来，是作为强化研究开发工作的方向，这是一种系统化的分级决策过程，这正是概念设计的真谛。概念设计是设计者综合开发初期收集的技术经济信息，通过分析研究之后。对开发项目作出一种设想的方案，其主要内容包括：原料和成品的规格，生产规模的估计，工艺流程图的简要说明，物料衡算和热量衡算，主要设备的规模，型号和材质的要求，检测方法，主要技术和经济指标，投资和成本的估算，投资回收预测，三废治理的初步方案以及对中试研究的建议等。随着计算技术和计算机技术的发展,化工流程过程模拟软件也越来越成熟，计算机辅助设计也日趋广泛。在进行概念设计时，采用流程系统模拟物料衡算和热量衡算，投资和成本估算等问题以及采用流程模拟软件进行整体优化也越来越普遍。本文采用国际上最流行的化工过程模拟软件之一的ASPEN作为辅助设计的主要工具，与过程有关的物料和能量的衡算基本上有该软件给出，并以设计流程计算的收敛与否来检验该流程是否可行。本文通过概念设计，对合成庚烯的生产过程和分离过程进行了各种计算和aspen模拟与优化，寻找最佳工艺流程（即：选择过程单元以及这些单元之间的相互连接）和估算最佳的工艺设计条件。3目目目目录录录录前言前言前言前言...................................................................................................21背景项目介绍背景项目介绍背景项目介绍背景项目介绍..............................................................................................41.1引言............................................................................................................41.2目前生成庚烯的几种方法...............................................................................41.2.1石蜡热烈解法........................................................………......…………...41.2.2正构烷烃脱氢法.............................................................................41.2.3低分子烃共聚法..............................................................................42庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计.............................................................…..……..…...........52.1原料和产品的物理性质............................................................................52.1.1庚烯的物理性质...................................................................................52.1.2相关烯烃的物理性质................................……......................................62.2反应系统................................................................................................72.2.1反应信息.................................................….....................................72.2.2反应条件和相关要求..........................................................................72.2.3间歇对连续.......................................................................................72.2.4输入－输出结构...................................….................……………............82.2.5物料平衡....................................................................…………...........82.2.6热量平衡.......................................................................................92.3分离系统............................................................................………...........102.3.1分离过程的aspen模拟..........................................................................112.3.2分离过程的aspen模拟.的分离过程和结果介绍........................................112.3.3分离过程的aspen结果......................................................................132.4总结....................................................……....................……….............14致致致致谢谢谢谢..............................................................................…........................14参考文献参考文献参考文献参考文献...........................................................................................................15附附附附录：录：录：录：1aspen模拟的输入输出图............................................................................162AspenPlus模拟结果...............................................................................1741项目背景介绍项目背景介绍项目背景介绍项目背景介绍1.1引言引言引言引言庚烯是一种重要的化工石油产品，其用途和前景主要有：1、生产高级醇原料。以α-烯烃羰基合成法和有机铝合成法生产庚醇，主要用于生产增塑剂。2、生产庚酸。用α-烯烃羰基氧化法合成庚酸，主要用于塑料和精细化工方面。3、作为汽油添加剂。庚烯可以作为汽油的添加剂以提高辛烷值。随着我国汽车工业的飞跃式增长，此类消耗品必然有极大的市场，此外庚烯还是一种战略储备产品，性质稳定，燃烧值高。2003年国内对庚烯的需求已经突破40万吨，而国内的生产能力不足25万吨，需求远远大于供给，表明了庚烯生产具有广泛的市场前景。1.2目前生产庚烯的几种方法目前生产庚烯的几种方法目前生产庚烯的几种方法目前生产庚烯的几种方法1.2.1石蜡热裂解法石蜡热裂解法石蜡热裂解法石蜡热裂解法石蜡热烈解法是一种最为传统的生产庚烯的方法，它的生产工艺设备简单，产品建设费用低，技术要求不复杂，运行成本也相对较低。但一般情况下产品组成复杂，有较多杂质，副产物不易分离，得不到高纯度目标产物。且原料和生产能耗系数高。因此不能做共聚单体。1.2.2正构烷烃脱氢法正构烷烃脱氢法正构烷烃脱氢法正构烷烃脱氢法脱氢法的有点是产品的纯度高，可达到93％，可是它的反应条件苛刻，反应温度一般在300－500℃，单程转化率很低，一般为12－15％，对设备的要求相对较高，运行成本高。1.2.3低分子烯烃共聚法低分子烯烃共聚法低分子烯烃共聚法低分子烯烃共聚法这是一种以分子筛负载催化剂，利用丙烯和丁烯为生产原料，合成庚烯的一种方法。由法国石油研究所开发，以镍与烷基铝络合物作为催化剂，由丙烯、丁烯在常压催化条件下聚合生成约25％己烯、47.5％庚烯、16.5％辛烯、11％壬烯合其他较高分子烃类的Dimersol法是现行的较为流行的生产庚烯的方法，它的单程转化率高，工业产品纯度经过精制后可达96％。运行成本适中。安全系数大。52庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计庚烯生产过程的设计由于庚烯具有广阔的市场要求，使得庚烯的生产变的“有利可图”。由于不同的庚烯产品纯度市场价格相差很大，而现在的市场庚烯产品纯度一般在96％以下，本设计采用丙烯，丁烯合成生成庚烯，利用aspen模拟把产品纯度提高到99.5％，从而使得“高纯度”的庚烯商品问世具有希望，经济利益数倍增加。2.1原料和产品的物理性质原料和产品的物理性质原料和产品的物理性质原料和产品的物理性质2.1.1庚烯物理性质庚烯物理性质庚烯物理性质庚烯物理性质庚烯物理性质如下表：名称CAS号折光率(n20d)凝固点1-庚烯592-76-71.3998-119.029液体密度（20℃）液体密度（30℃）运动粘度（mm2/s)生成自由能（KJ/mol）298.16K0.606930.688290.5096.023庚烯的蒸汽密度函数为：lgd=A1-[B1/(t+C)](11-113℃)A1B11.305721179.6庚烯气体摩尔热容:Cp(Cal/