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第2章工艺流程模拟

2.1ASPENPLIS简介

AspenPlus是一款功能强大的集化工设计、动态模拟等计算于一体的大型通用过程模拟软件。它起源于20世纪70年代后期，当时美国能源部在麻省理工学院(MIT)组织会战，要求开发新型第三代过程模拟软件，这个项目称为“先进过程工程系统”(AdvancedSystemforProcessEngineering)，简称ASPEN。这一大型项目于1981年底完成。1982年Aspen-Tech公司成立，将其商品化，称为AspenPlus。这一软件经过历次的不断改进、扩充和提高，成为全世界公认的标准大型化工过程模拟软件。

2.1.1物性数据库

AspenPlus具有工业上最适用且完备的物性系统，其中包含多种有机物、无机物、固体、水溶电解质的基本物性参数。AspenPlus计算时可自动从数据库中调用基础物性进行热力学性质和传递性质的计算。此外，AspenPlus还提供了几十种用于计算传递性质和热力学性质的模型方法，其含有的物性常数估算系统(PCES)能够通过输入分子结构和易测性质来估算缺少的物性参数。

2.1.2单元操作模块

AspenPlus拥有50多种单元操作模块，通过这些模块和模型的组合，可以模拟用户所需要的流程。除此之外，AspenPlus还提供了多种模型分析工具，如灵敏度分析模块。利用灵敏度分析模块，用户可以设置某一操纵变量作为灵敏度分析变量，通过改变此变量的值模拟操作结果的变化情况。

2.2工艺流程叙述

图2-1Aspenplus工艺流程

本工艺过程可以分为三个工段：反应工段，乙醇回收工段和产品精制工段。

2.2.1反应工段

图2-2反应工段

乙醇经过汽化器汽化之后进入换热器中与反应器出口的高温流股进行换热，然后进入加热器中，然后再由换热器E0104加热至反应温度，经过脱氢之后生成乙醛，乙醛经过换热之后进入加热器中进入丁二烯反应器中乙醛缩合生成丁间醇醛。丁间醇醛脱水生成丁烯醛，丁烯醛被还原成丁烯醇。丁烯醇脱水生成丁二烯。

2.2.2乙醇回收工段

图2-3乙醇回收工段

丁二烯反应器中会产生大量的副产物和未完全反应的乙醇，为了得到高纯度的产品，需要对这些副产物进行脱除，对原料乙醇进行回收。粗产品经过冷却器冷却之后进入气液分离器中，气体流股进入冷取器继续冷凝后进入气液分离器在中。两个气液分离器中的液体流股经过混合之进入泵中加压输送至脱轻塔，脱除气体轻组分，塔顶流股由泵输送至水洗塔中然后将乙醇经由水溶脱除，然后利用萃取精馏塔和萃取剂回收塔来将乙醇和水进行分离回收，其中乙二醇作为萃取剂。气液分离器中的顶部气体两级压缩后进入水洗塔中脱除尾气。

2.2.3产品精制工段

图2-4产品精制工段

粗产品首先进入，1,3-丁二烯预处理塔中然后进入水洗塔中除去尾气，最后利用乙腈作为萃取剂将进入萃取塔，塔顶脱除产品中的尾气，塔底进入丁二烯精馏塔中将丁二烯与乙腈进行精馏提纯，塔顶得到产品1,3-丁二烯，塔底得到萃取剂乙腈并利用泵对其进行循环利用。

第3章物料衡算

3.1概论

物料衡算是以质量守恒定律为基础，对物料平衡进行的计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。进行物料衡算时，先必须确定衡算的体系。

3.2物料衡算目的

从原料入厂到产品输出，本项目主要工艺路线可分为如下3个工段：

反应工段，乙醇回收工段，产品精制工段。

对于本分厂，采取年开工8000小时的连续操作，其中一年内的两个月用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主要任务在于：

确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；

各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定；

汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。

3.3物料衡算方法

系统的能量衡算能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变化，即：

输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量

对于连续系统，有：

Q+W=ΣHOUT－ΣHIN

注：

Q—设备的热负荷；

W—输入系统的机械能；

ΣHOUT—离开设备的各物料焓之和；

ΣHIN—进入设备的各物料焓之和。

3.4物料衡算

表3-1反应工段的物料衡算

进料

出料

单位

ET-1

12.00

相态

液相

汽相

温度

C

25.00

164.52

压力

bar

2.00

1.20

摩尔流量

kmol/hr

1382.79

1994.25

摩尔分率

质量流量

kg/hr

59102.00

59102.00

ETHANOL

kg/hr

56146.90

22488.31

H2O

kg/hr

2955.10

13605.28

1:3-C4H6