苯-环己烷共沸系统萃取精馏工艺设计

摘要

苯与环己烷混合物是化工非常典型的二元共沸系类。选用糠醛作为萃取剂，在前期实验验证的基础上，采用ASPNE PLUS7.2化工模拟软件中的Batch Frac单元操作模块，采用UINFAC物性计算方法，通过改变各物性参数，对苯和环己烷二元共沸物的分离进行间歇萃取精馏模拟计算。模拟结果表明：常压操作条件下，塔顶环己烷分数能达到98%，模拟计算的运行能够为试验进一步研究提供很好的理论依据和设计参数。

关键词：ASPEN PLUS；Batch Frac；间歇萃取精馏；操作参数；苯；环己烷。

In the chemical industry, benzene-cyclohexane mixture is very typical binary azeotrope.Based on previous experimental validation, a BatchFrac unit operation block in ASPEN PLUS11.1 was adopted, simulation calculation of the batch extractive distillation for the separation of binary azeotropic benzene-cyclohexane mixture was carried out by choosing UNIFAC as the calculation method of physical property and by changing operation parameters. The simulation results show that the mass rate of overhead cyclohexane is up to 98%. The application of simulation calculation can provide a good theoretical basis for deep study and design reference.

Key words:ASPEN PLUS;BatchFrac;Batch extractive distillation;Operating parameters; Benzene; Cyclohexane

摘要1

ABSTRACT2

第一章前言2

1.1己烷分离苯和环几烷面临的问题2

1.2苯和环己烷分离常用的方法3

1.3苯和环己烷分离流程模拟发展3

1.4Aspen软件简介4

1.5原料与萃取剂的性质4

1.5.1苯的物理性质4

1.5.2苯的化学性质5

1.5.3环己烷的化学性质5

第二章设计概述6

第三章工艺流程设计7

3.1分离背景7

3.2工艺流程的选择8

第四章工艺流参数的程的模拟及优化9

4.1模拟计算9

4.1.1热力学模型的选择10

4.1.2选择单元操作计算模型10

4.2模拟计算结果10

4.3参数的优化11

4.3.1一级精馏塔参数的优化11

4.3.3二级精馏塔参数的优化14

第五章物料衡算及能量衡算16

5.1物料衡算16

5.1.1第一精馏和分相器工段的物料衡算16

5.1.2第二精馏工段物料衡算18

5.1.3全装置物料衡算19

5.2能量衡算20

5.2.1概述20

5.2.3二级精馏塔热量衡算21

5.2.4能量衡算结果21

第六章工艺设备设计计算22

6.1塔的设计22

6.1.1设计要求22

6.1.2塔的设计计算22

6.2换热器设计29

6.2.1换热器选型规范及分类29

6.3泵的设计32

6.3.1一级精馏塔所使用泵的数据计算33

6.3.2二级精馏塔所使用泵的数据计算33

第七章控制方案35

7.1塔进料量的控制35

7.2分相器糠醛进料量的控制35

7.3换热器控制方案35

第八章流体力学校核37

第九章岗位操作法40

9.1岗位主要设备参数40

92岗位工艺指标40

9.3开车步骤40

9.3.1开车准备40

9.3.2开车步骤41

9.4停车步骤41

9.5常见故障41

9.5.1常见的问题42

第十章总结43

10.1设计陈述43

10.2体会和收获43

附录：文献综述45

参考文献50

环己烷为无色有刺激性气味的液体。不溶于水，溶于多数有机溶剂。极易燃烧。一般用作一般溶剂、色谱分析标准物质及用于有机合成，可在树脂、涂料、脂肪、石蜡油类中应用，还可制备环己醇和环己酮等有机物。某厂生产过程中产生大量的含环己烷和苯的混合物，要对其进行分离且要达到分离要求。

3.2工艺流程的选择根据表2-1及2-2可知，在该物系中苯与环己烷易形成二元共沸物，很难分离。因此，分离方法的选择是一个重要的环节，将直接影响到产品的质量。正因如此，经过详细研究对比，最终确定了以下分离流程。设计工艺流程图，先用AutoCAD设计作图。如图2-1，2-2。图2-1无节点设计工艺流程图图2-2有节点设计工艺流程图对设计工艺流程的描述如下：因两组分物系易形成共沸，选糠醛作为萃取剂，三元物系需用两塔进行分离，采用ASPNE PLUS7.2化工模拟软件中的Batch Frac单元操作模块，采用UINFAC物性计算方法，通过改变各物性参数，对苯和环己烷二元共沸物的分离进行间歇萃取精馏模拟计算。模拟结果表明：常压操作条件下，塔顶环己烷分数能达到98%，二级精馏塔顶苯质量分数同样也可以达到98%，所以工艺流程非常符合条件要求。,

根据表2-1及2-2可知，在该物系中苯与环己烷易形成二元共沸物，很难分离。因此，分离方法的选择是一个重要的环节，将直接影响到产品的质量。正因如此，经过详细研究对比，最终确定了以下分离流程。

设计工艺流程图，先用AutoCAD设计作图。如图2-1，2-2。

图2-1无节点设计工艺流程图

图2-2有节点设计工艺流程图

对设计工艺流程的描述如下：

因两组分物系易形成共沸，选糠醛作为萃取剂，三元物系需用两塔进行分离，采用ASPNE PLUS7.2化工模拟软件中的Batch Frac单元操作模块，采用UINFAC物性计算方法，通过改变各物性参数，对苯和环己烷二元共沸物的分离进行间歇萃取精馏模拟计算。模拟结果表明：常压操作条件下，塔顶环己烷分数能达到98%，二级精馏塔顶苯质量分数同样也可以达到98%，所以工艺流程非常符合条件要求。