5wta异丙醇的工艺优化和灵敏度分析

论文总字数：13485字

摘 要

利用Aspen Plus化工流程模拟软件对年产五万吨异丙醇项目进行稳态模拟并优化，通过对反应器的体积、温度、压力和普通精馏塔的进料位置、塔板数、回流比以及萃取精馏塔的塔板数、进料位置、萃取剂量、萃取剂进料位置还有能耗分别进行了灵敏度分析，得到了使流程运行最佳的参数，使该工艺流程在产量和纯度上均达到要求。

关键词：Aspen Plus 灵敏度分析 进料位置 回流比 塔板数

Abstract

Using Aspen Plus chemical process simulation software of annual output of fifty thousand tons of isopropyl alcohol project for steady state simulation and optimization, through to the reactor volume, temperature, pressure and ordinary rectifying column, plate number, reflux ratio and feed position of extractive rectification column plate number, feed location and extraction, extraction solvent feeding position, and energy consumption sensitivity analysis was carried out respectively, The optimum parameters of the process were obtained to make the process meet the requirements in terms of yield and purity.

Keywords：Aspen Plus Sensitivity analysis feed stage reflux ratio plate number

目录

摘要 III

Abstract IV

引言 1

第一章 文献综述 2

1.1 异丙醇简介 2

1.2 异丙醇用途 2

1.3 异丙醇生产工艺 2

1.4 丙烯直接水合法 3

1.4.1 德士古工艺 3

1.4.2 德士古工艺流程 3

1.5 Aspen Plus简介 4

第二章 工艺简述 5

2.1 预处理工段 5

2.2 反应工段 5

2.3 精致工段 5

第三章 反应工段优化 7

3.1 反应器优化 7

3.1.1 反应器温度优化 7

3.1.2 反应器压力优化 8

3.1.3 反应器体积优化 8

3.2 换热器优化 8

3.2.1 温度 8

3.2.2 压力 9

第四章 精致工段优化 10

4.1 丙烯分离循环塔优化 10

4.1.1 塔板数 10

4.1.2 进料板位置 10

4.1.3 回流比 11

4.2 水循环回收塔 12

4.2.1 塔釜采出量 12

4.2.2 塔板数 12

4.2.3 进料板位置 13

4.2.4 回流比 14

4.3 二异丙醚萃取精馏塔 14

4.3.1 塔板数 14

4.3.2 进料板位置 15

4.3.3 萃取剂进料板位置 16

4.3.4 萃取剂量 16

4.4 异丙醇萃取精馏塔 17

4.4.1 塔板数 17

4.4.2 进料板位置 17

4.4.3 萃取剂进料位置 18

4.4.4 萃取剂量 18

4.5 水-萃取剂分离塔 19

第五章 结论 22

致谢 23

参考文献 24

引言

异丙醇是一种应用非常广泛的溶剂，被许多行业使用，可以说，它是世界上最常用的溶剂之一。异丙醇呈液体状，无色且透明，燃点低，属于易燃化学品，所以它的性质非常不稳定。异丙醇的味道类似丙酮和乙醇，且气味轻微。它虽然不能溶解在盐溶液中，但是可以和水以及有机溶剂以任意比例互溶。

在制造业中，异丙醇被普遍用作清洗剂，以及制作PCB孔导电；作为溶剂，异丙醇被用于柔印、平板和凹版印刷中，或是作为一些设备的清洗剂，用来清洗难以除去的物质。除了被用做清洗剂外，异丙醇还被用来做汽油的添加剂以及燃料管道的除冰剂，效果都非常显著；在制药行业和化妆品工业中，异丙醇可以用来生产洗手液、身体乳液和防腐剂等；异丙醇同样可以用于油漆，涂料和材料抛光，以及设备表面杀菌，医院消毒等。

异丙醇的生产工艺主要分为直接水合法和间接水合法。间接水合法需要用到硫酸与丙烯发生反应。该工艺中硫酸会对设备产生腐蚀，造成额外的设备费用，且反应生成大量的废浓硫酸，不符合当前国家绿色化工、清洁化工的政策。直接水合法则采用丙烯和水在树脂催化剂的作用下直接反应，不存在额外的设备费用和环保问题，且工艺流程简单。

故本文基于直接水合法工艺进行优化，主要运用了灵敏度分析工具，对反应器的温度压力体积及精馏塔的塔板数、进料位置和回流比等进行分析，得到最优参数。利用Aspen Plus大型化工模拟软件对反应器及精馏塔的一些重要参数进行优化，能够大大提高工作效率，达到了减少能源消耗，创造更大经济效益的目的。

第一章 文献综述

1.1 异丙醇简介

异丙醇，在化工行业中又被称作IPA。它是一种有机化合物，分子式为C₃H₈O，与正丙醇分子式相同，所以又可以叫做2-丙醇或者二甲基甲醇。异丙醇的物理性质为无色透明液体，易燃，其气味类似于乙醇和丙酮混合物，且易溶于水和醇、醚、苯等多数有机溶剂。异丙醇是重要的化工产品和原料，主要在制药、化妆品、塑料、香料、涂料上等行业中发挥着重要的作用。目前，国内仅锦州石化石油分公司和兰州化学工业公司两家能规模生产异丙醇的企业，其他都是小型或者处于停产或者半停产的企业^[1]。

1.2 异丙醇用途

异丙醇是用途广泛且非常重要的化工原料，在化工行业中许多化工产品的生产都离不开异丙醇，例如异丙醚或者丙酮等有机化工产品的生产都离不开它。除了有机合成，在精细化工方面，异丙醇也非常重要。在生产硝酸异丙酯等产品的化工厂里，也处处都有异丙醇的影子。可以说，在化工行业，异丙醇作为化工原料是不可或缺的。

由于异丙醇的化学性质，它作为醇类物质可以与任意比例的水或是有机溶剂互溶，所以在化工行业应用非常广泛。由于异丙醇是最基本的化工原料，被大量生产，所以价格也很低廉。异丙醇和乙醇同属醇类物质，但是异丙醇对亲油性物质的溶解力远大于乙醇，基于此特点，异丙醇被用来做橡胶、涂料以及虫胶或者生物碱的溶剂。在色谱分析方面，异丙醇的作用也非常大，异丙醇作为色谱分析标准物，可以用来测量许多金属，例如镁、钾、钴等。异丙醇的稳定性较差，会与氧化剂发生反应，接触到氧气会产生剧烈反应，遇高温、高热能极易产生燃烧爆炸，造成人员伤亡和财产损失，所以如何安全有效的存储异丙醇也很重要。因为异丙醇可与任意比例水或是有机溶剂互溶，所以异丙醇可以被用作清洗去油剂，在电子产业中使用普遍。异丙醇也可以用来萃取一些油类物质，例如棉籽油，或是给一些动物源性组织膜脱脂。由此可见，异丙醇的用途非常广泛。

1.3 异丙醇生产工艺

目前，世界上比较成熟且常用的异丙醇生产工艺主要有：间接水合法，直接水合法。

水合法的反应机理都大同小异：在一定的条件下对原料丙烯和水进行预处理，将丙烯和水处理之都是气相或者液相，或是气液混相。在通过特定的催化剂在釜式反应器中进行反应最后得到相应纯度的异丙醇产品。间接水合法需要将丙烯与硫酸反应，这种方法的好处就是对丙烯的纯度要求不高，而且反应之后丙烯的纯度也不会很低，降低了之后精致丙烯的成本。但是该方法使用了浓硫酸，除了反应完的废硫酸会产生环境污染问题，硫酸对设备的腐蚀还会产生额外的设备成本。

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