Aspen plus模拟丙烯腈设计项目.docxVIP

1.设计概论 化工设计在化学工程项目建设的整个过程中，是一个极其重要的环节，是工程建设的灵魂，对工程建设起着主导和决定性作用。可以说在项目立项后，设计前期工作和设计工作就成为建设的关键。在化学工业基本建设中化工设计发挥着重要的作用，新建，改建和扩建一个工厂，均离不开设计工作。在科学研究中，从小试、中试以及工业化生产，都需要与设计有机结合，进行新工艺、新技术、新设备的开发工作。因此，设计工作是吧科学技术转化为生产力的一门综合性科学。她是扩大再生，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分。 丙烯腈是一种重要的化工原料，主要用于生产聚丙烯纤维。在合成丙烯腈生产过程中，伴随产生乙腈，氢氰酸等一系列副产物，要想得到纯丙烯腈需要后续的吸收精制过程。但由于乙腈与丙烯腈沸点差别小，采用普通精馏很难分离,当通过加入萃取剂时，分离过程将变得较为容易。 本文通过采用软件ASPEN PLUS 对丙烯腈-乙腈-水体系的热力学性质进行了研究,并对萃取精馏过程进行了模拟计算，得到了一系列丙烯腈-乙腈-水的热力学数据和精馏分离过程相关数据。 2.工艺流程的选择、分析方案的制定 丙烯腈生产过程在常压下操作，气相无缔合作用，可视为理想气体，液相的非理想性较大，热力学性质的相互依赖关系很强且丙烯腈和水部分互溶，所以选用了NRTL热力学模型进行模拟研究。 NRTL方程不仅适用于二元及多元非理想气液平衡体系，且能用于不互溶的浓度区间，所以可以用来关联计算液液平衡。 本项目选择4塔精馏来对丙烯腈进行精馏和提纯，其对应的Aspen plus流程见下图。 图2.1 Aspen plus工艺流程图 原料为水89.4%，乙腈8.1%，氢氰酸0.5%，丙烯腈为2%。进料温度为40℃，进料压力为1bar，经过泵加压至2bar后，进入精馏塔T01中。T01的目的是将原料中的部分水进行分离，然后塔顶为乙腈，氢氰酸，丙烯腈和水进入精馏塔T02中。精馏塔T02的目的是将原料中氢氰酸进行分离。精馏T03和精馏塔T04的目的是通过两级精馏将乙腈和，丙烯腈进行分离，得到质量分数为99.8%的丙烯腈。 3.物料衡算和热量衡算 利用Aspen plus软件对丙烯腈精制工艺进行模拟得到各个设备的物料和热量衡算结果。 3.1 物料衡算 表3.1 泵的物料衡算 组分 进料 出料 S1 S2 HCN 27.70 27.70 H2O 3301.66 3301.66 C3H3N 881.12 881.12 C2H3N 168.32 168.32 合计 4378.80 4378.80 表3.2 精馏塔T01的物料衡算 组分 进料 出料 S2 S3 S4 HCN 27.70 27.42 0.28 H2O 3301.66 3.30 3298.36 C3H3N 881.12 881.12 0.00 C2H3N 168.32 168.32 0.00 合计 4378.80 1080.16 3298.64 表3.3精馏塔T02的物料衡算 组分 进料 出料 S2 S4 S5 HCN 27.42 0.28 27.42 H2O 3.30 3298.36 3.30 C3H3N 881.12 0.00 140.60 C2H3N 168.32 0.00 21.88 合计 1080.16 3298.64 193.21 表3.4 冷取器的物料衡算 组分 进料 出料 S6 S7 HCN 0.00 0.00 H2O 0.00 0.00 C3H3N 740.52 740.52 C2H3N 146.43 146.43 合计 886.95 886.95 表3.5精馏塔T03的物料衡算 组分 进料 出料 S7 S8 S9 HCN 0.00 0.00 0.00 H2O 0.00 0.00 0.00 C3H3N 740.52 728.26 12.26 C2H3N 146.43 12.05 134.38 合计 886.95 740.31 146.64 表3.6精馏塔T04的物料衡算 组分 进料 出料 S8 S10 S11 HCN 0.00 0.00 0.00 H2O 0.00 0.00 0.00 C3H3N 728.26 97.43 630.83 C2H3N 12.05 10.94 1.10 合计 740.31 108.37 631.94 3.2 热量衡算 表3.7 泵的热量衡算 组分 进料 出料 S1 S2 温度/℃ 40.00 40.10 压力/bar 1.00 2.00 气相分率 0.00 0.00 热量/kW