【正文】 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 12 分冷凝，使混合物分離為所要求組分的操作過程。原料首先經(jīng)過脫硫單元將原料中硫含量降低至 10ppm 后，進入加氫分離單元。為實際的工業(yè)生產(chǎn)提供了更為精確、嚴格、緊密的工藝條件，大大優(yōu)化了工藝控制條件，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。 利用 Aspen Plus 模擬軟件還可以自己開發(fā)一個化工流程模擬的模型，或是通過物料及其能量衡算來計算出所有流股的條件及狀態(tài)。 （ 3） 輸入流入股流中的化學(xué)組分 。 (2) 設(shè)計型問題 設(shè)計型問題是一個有 較高要求的問題，同操作型問題一樣要在已知單元操作模型輸入流股參數(shù)及其設(shè)備參數(shù)（注意要留有可調(diào)的部分）和產(chǎn)品要求條件下，通過模擬計算，設(shè)計開發(fā)出一個新的工藝流程，并確定該新流程的有關(guān)內(nèi)容（結(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)及進料條件等）。在理想狀態(tài)下采用采清晰分割法估算理論版數(shù)與最小回流比，設(shè)定順 2丁烯為輕關(guān)鍵組分，戊烯為重關(guān)鍵組分，則比正丁烷輕的組分全從塔頂流出，比戊烯重的組分全從塔底流出。 設(shè)定塔底順 2丁烯摩爾分率不大于 %，塔頂中戊烯的摩爾分率不大于 %。人們在大量的研究中發(fā)現(xiàn)，某些經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式中的誤差會達到 15%50%.一般情況下，塔板效率用以下公式求得： mTE ? ?? 公式 （ 319） ?? ??? iim x 公式 （ 320） 其中 m? 為平均溫差下的進料液體粘度， 可以解得 ?TE 所以，實際塔板數(shù)： ??PN 取 35?PN 在實際生產(chǎn)經(jīng)驗中總結(jié)大多數(shù)塔，塔板效率都達不到 ，尤其是經(jīng)過長時間連續(xù)操作后，塔板效率會在各種影響因素的影響下明顯下降。 Aspen Plus 內(nèi)置的物性方法主要有兩大類：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。 Radfrac是一個嚴格的用于模擬所有類型的多級氣 液精餾操作的模型，它既可以用于設(shè)計，也可以用于核算，是較為常用的一個模型。 (3) 輸入組分 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 28 圖 44 組分 在 Selection 窗口中的對應(yīng)位置上輸入在模擬系統(tǒng)中用到的組分。 （ 9）塔設(shè)計結(jié)果輸出 圖 411 塔設(shè)計結(jié)果輸出 此窗口輸出塔的一些基本數(shù)據(jù)，如最小回流比，實際回流比，最小理論板數(shù)，理論板數(shù)，精料班位置，再沸器，泠凝器負荷，塔底，塔頂溫度等。此圖與圖 44 相同。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 33 圖 413 操作條件 在這個步驟中選擇塔板數(shù) 23，冷凝器為全凝 器，再沸器選擇 虹吸式再沸器 ，回流比選擇 ，塔頂質(zhì)量流出率為 41000kg/h。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 35 圖 417 塔盤尺寸定義 在此選擇。 圖 414 進料板位置 此處選擇塔初步設(shè)計進料板位置值。此圖與圖 45相同。 塔精確計算模擬及塔條件確定 塔精確計算模擬過程：依據(jù)塔初步設(shè)計得出的結(jié)果，進行塔的精確計算及優(yōu)化處理。 （ 5）選擇物性方法 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 29 圖 46 選擇物性方法 這個窗口是物性方法設(shè)定表格，選擇 Aspen Plus 執(zhí)行模擬中要使用的基本方法，這里選擇“ PRBM”方法。 Radfrac 還可以檢測和處理游離水相或塔中的任何地方的其它第二液相。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 25 圖 41 物性選擇 針對石油混合物的性質(zhì)方法有 BKl0、 CHAO?SEA、 GRAYSON、 PENG ROB 和RK SOAVE。實際塔板數(shù)的確定在 做計算。 ? 平均 =3 )( FWD ??? ?? 公式 （ 33） 代入數(shù)值： ?平均? 由芬斯克公式： ABWBA DBAm xx xxN ?lg ]lg[ )( )(? 公式 （ 34） 帶入數(shù)值： 餾出液 釜液 組成 摩爾分數(shù) % 摩爾分數(shù) % 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 反 2丁烯 1丁烯 異丁烯 異丁烷 順 2丁烯 戊烯 己烯 庚烯 辛烯 合計 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 21 )]0 0 0 )( 1 6 1 [ ( ??mN 算出 Nm= 回流比計算 計算最小回流比：運用恩德伍德方程計算 ,露點進料 q=0。 表 31 進料組成 物流號 1 組成 質(zhì)量分數(shù) 1 甲烷 2 乙烷 3 丙烷 4 順 2丁烯 5 反 2丁烯 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 18 相對揮發(fā)度由 Aspen 軟件計算出各物質(zhì)飽和蒸汽壓計算而來。 如果生產(chǎn)工藝還沒有確定，最優(yōu)化的目標(biāo)就是要選擇一個在生產(chǎn)上可行、在技術(shù)上先進 、在環(huán)境上友好、在經(jīng)濟上合理的最優(yōu)化的設(shè)計方案。 （ 5） 輸入已知進料流股條件 。 Aspen Plus 是以嚴格機理模型發(fā)家的，后來逐步發(fā)展起針對不同用場、不同層面的 Aspen 工程套件（ Aspen Engineering Suite，簡稱 AES）產(chǎn)品系列。 方法簡述 Aspen Plus 總體介紹 Aspen Plus 是非常龐大的通用化工流程模擬系統(tǒng)。 精制碳四在丁烯異構(gòu)化單元內(nèi)，經(jīng)過反應(yīng)和分離塔頂?shù)玫疆悩?gòu)碳四去 MTBE單元，塔底得到的輕烴作為產(chǎn)品采出。 脫重塔系 脫重塔系作用是通過精餾分離碳四碳五組分， 產(chǎn) 品 經(jīng)過換熱達到要求后送入生產(chǎn)或產(chǎn)品單元。 我國對碳四餾分的利用處于較為初期的階段，對碳四的綜合利用起步比美、日、歐等發(fā)達國家晚，在產(chǎn)品的種類、生產(chǎn)技術(shù)及下游產(chǎn)品的開發(fā)方面也比發(fā)達工業(yè)國家落后。因為碳四烷烴貯運起來相對比較方便，不僅作為工業(yè)用燃料，還可供應(yīng)民用。這類天然氣由于含有一定量 （ 1％到 8％） 易液化的碳五烷烴和碳四烷烴。正因如此，預(yù)計仍將會出現(xiàn)一定的價格空間。微溶于乙醇，溶于乙醚。在精細化工產(chǎn)業(yè)方面上的應(yīng)用包括： （ 1）用作汽溶膠促進劑 （ 2）作為聚乙烯聚合用劑 （ 3）用于聚乙烯發(fā)泡劑 （ 4）高純異丁烷用作配制特種標(biāo)準(zhǔn)混合氣，用于溫度表和液位表等一些控制顯示儀表的校正 （ 5）作為冷凍劑。因需求猛增及清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)的推動，要求汽油中芳烴含量由 42％降至 40％，使 MTBE 需求 大幅增加，加上高辛烷值汽油需求不斷增加。 從全球 MTBE 供需狀況看，雖然世界新增 MTBE 新增裝置不多，但由于美國近年來 MTBE 消費大幅減少，使得美國 MTBE 過剩嚴重，未來亞洲市場將是美國消化其 MTBE 的主要市場，將對中國市場的 MTBE 供需產(chǎn)生影響。因此，我國 MTBE 的需求量還將有所增加。 （ 2） MTBE 另一個主要用途是通過將 MTBE 裂解生產(chǎn)純度較高的異丁烯。 C 蒸發(fā)熱 KJ/mol 熔點176。 MTBE 綜合分析 MTBE 簡介 MTBE（ methyl tertbutyl ether），溶點 109℃，沸點 ℃，是一種無色、透明、高辛烷值的液體，具有醚樣氣味，是 生產(chǎn)無鉛、高辛烷值、含氧汽油的理想調(diào)合組份，作為汽油添加劑已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)普遍使用。 模擬研究來自于實際生產(chǎn) MTBE 過程中的脫重塔系。為了更好的提高工業(yè)生產(chǎn)能力，基于投資少，能耗低，效益高的想法，本文對年產(chǎn) 30 萬噸丁烯異構(gòu)脫重塔系進行模擬研究。通過計算塔，換熱器，泵等設(shè)備參數(shù)，完成對 C4， C5 的模擬分離，達到分離要求，設(shè)計附帶工藝管道及儀表流程圖等圖紙完善設(shè)計。 C) g/100g 分子量 比熱容 J/(g K) 沸點176。本裝置生產(chǎn)的 MTBE 將全部用于汽油調(diào)和。 MTBE 市場供需分析 我國 MTBE 處于快速增長狀態(tài)，特別是我國近期推廣使用高辛烷值無鉛汽油，所用的辛烷值改進劑主要是 MTBE。 20xx 年我國 MTBE 總消費量為170． 2 萬噸，主要應(yīng)用于汽油添加劑、生產(chǎn)高純度的異丁烯，繼而生產(chǎn)丁基橡膠等，另外國內(nèi)也有一些企業(yè)利用 MTBE 來生產(chǎn) MMA。 近年來， MTBE 產(chǎn)品的發(fā)展很快，產(chǎn)品價格也不斷在攀升。 目前，異丁烷應(yīng)用市場潛力較大，生產(chǎn)該產(chǎn)品原料充足。溶于水，與水不起反應(yīng)。未來碳四自然高度綜合利用的時代，雖然成本推動造成原料價格上升，但下游用戶對丙烷、正丁烷 、異丁烷等需求上升，也將造成產(chǎn)品價格的上漲。通常，碳四餾分的來源有以下三種： (1) 由天然氣回收碳四餾分 從含有較大量乙烷、丙烷、丁烷等含碳以上的組分的濕性碳四餾分中回收。 在我國，碳四餾分被廣泛用之于化工基礎(chǔ)原料和民用燃料 ,而作燃料的碳四餾分絕大部分是碳四烷烴。目前，有關(guān)這方 面研究工作取得了一定成績。 通過 氣液兩相多次逆向接觸相互傳質(zhì)傳熱 ， 回流提供逆向接觸的液相，提高精餾的精度，分離出理想組分 。在加氫分離單元內(nèi)，經(jīng)過水洗塔洗掉甲醇后，進入脫丙烷塔將丙烷脫除，進一步加氫分離異丁烷后得到精制碳四進入烯烴異構(gòu)單元。 本設(shè)計所采用的研究方法為 Aspen Plus模擬研究，最主要是通過 Aspen Plus對脫重塔和換熱器進行模擬優(yōu)化。集成序貫?zāi)K法和聯(lián)立方程法的 求解引擎，不僅可提升模擬計算結(jié)果的精確度，還可以較為快速的模擬流程過程，大大節(jié)約了運行模型的時間，這對處理較大型、繁冗或帶內(nèi)部循環(huán)的化工流程尤其重要。 （ 4） 選擇合適的物性方法 。 (3) 最優(yōu)化問題 最優(yōu)化問題則通過操作型或設(shè)計型問題設(shè)定約束條件，確定最終要求的目標(biāo)函數(shù)，運用 Aspen Plus 自帶或自己編寫的優(yōu)化程序，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整可調(diào)的輸入流股條件和設(shè)備參數(shù)，使得設(shè)計工藝達到最優(yōu)化的一個過程。 表 21為年處理能力為 30萬噸 /年， 一年生產(chǎn)時間按 8000 小時計算 的物料組成 。 ??? yxx 公式 （ 31） 00 94 00 ??? ? yx y 公式 （ 32） 解的 x= y= 組分 進料 餾出液 釜液 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 反 2丁烯 1丁烯 異丁烯 異丁烷 順 2丁烯 x 戊烯 y 己烯 庚烯 辛烯 合計 +x+y 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 20 表 34 物料衡算結(jié)果 塔參數(shù)計算 最小理論板計算 由理想狀態(tài)下的由 Aspen 計算進料溫度 90 度，塔頂溫度 60 度，塔底溫度150 度下順 2丁烯和戊烯的飽和蒸汽壓，算的各溫度下的相對揮發(fā)度依次為：? F=, ? D=, ? W=。故上述塔板效率不可用，所得實際板數(shù)不準(zhǔn)確。選擇物性方法參照圖 26。除了一般的精餾，他還能模擬吸收、再沸吸收、再沸汽提、萃取和共沸精餾。 （ 4）定義輸出結(jié)果單位 圖 45 輸出單位 如上 211 所示，在 這個窗口中，將所有變量的單位都選擇為 Mole 的，以方便最后輸出結(jié)果的對照與計算。 齊魯工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢 業(yè)設(shè)計 32 DSTWU 小結(jié) 分析運行結(jié)果知塔的分離效果很好，考慮到實經(jīng)濟原則，回流比有點大，待后續(xù)進行優(yōu)化處理。 （ 4） 定義輸出結(jié)果單位。 （ 8） 輸入進料