12万吨年异丙苯生产工艺计算机辅助设计
从高效性，可靠性，经济性，安全性等方面综合考虑，本设计选择威廉鲁平的异丙苯生产工艺催化剂选择MCM-49催化剂，采用固定床反应器，反应器的物料中苯和丙烯的摩尔比为2:1，反应压力为25bar，反应温度为358℃。利用Aspen软件进行工艺设计与模拟对工艺流程进行了物料衡算和能量衡算；并对苯塔与异丙苯塔进行了工艺尺寸设计计算；优化了进料位置，通过水力学分析得到最后塔的设计结果；在此工艺模拟中反应器采用动力学模型，实现了未反应苯的循环模拟，最终优化工艺达到收敛。关键词 异丙苯，Aspen，动力学，工艺设计
目 录
1 总论 1
1．1 设计依据、方案及生产规模 1
1．2 设计地区的自然条件 1
1．3 厂址选择 2
2 发展评述 3
2．1 简史概述 3
2．2 几种分子筛反应工艺 3
2．3 国内异丙苯催化剂的研究 4
2．4 采用MCM49分子筛催化剂设计的原因 4
2．5 几种常用的化工设计软件 5
3 工艺叙述部分 6
3．1 生产流程的选择与论证 6
3．2 工艺流程叙述 7
3．3 原料和产品的技术条件 8
4 工艺计算 10
4．1 模拟方法 10
4．2 混合器的模拟计算 11
4．3 反应器的物料和能量模拟计算 12
4．4 苯塔的物料和能量模拟计算 14
4．5 异丙苯塔的物料和能量模拟计算 18
5 设备设计 22
5．1 苯塔的尺寸计算 22
5．2 异丙苯塔的设备设计 26
6 安全分析 29
6．1 主要危险品 29
6．2 安全设计过程 30
7 经济分析 33
7．1 投资估算 33
7．2 固定费用 34
7．3 土地使用费用 35
7．4 原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
材料费用 35
7．5 燃料及公用工程费用 36
7．6 直接工资 36
7．7 销售收入 36
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
+
1 总论
1．1 设计依据、方案及生产规模
异丙苯（Isopropylbenzene，IPB）是一种重要的有机中间体，是合成苯酚、丙酮和β甲基苯乙烯的重要化工原料。目前工业上主要以丙烯和苯为原料，烷基化生产异丙苯[1]。
异丙苯生产工艺中的主反应为苯与丙烯生成异丙苯：
主反应：C6H6+C3H6→C9H12
副反应为生成的异丙苯和丙烯进一步反应生成二异丙苯：
副反应：C9H12+C3H6→C12H18
这两个反应都是不可逆反应和分子数减少反应，从温度角度来说，低温有利于提高异丙苯的选择性，但是温度低，反应速率会大大降低，那么在相同转化率下就需要更大的反应器。从压力的角度，高压有利于提高转化率，但是选择性会降低，同时设备费用会相应增加，当然可以通过提高苯烯比来提高选择性，但是过量的苯需要分离循环回反应器，增加了操作费用[2]。
为了做到能源成本和原材料成本开发经济上最优的设计，本设计把威廉鲁平的模拟设计做为参考，采用固定床列管式反应器，反应压力选25bar，反应温度取358℃，苯烯摩尔比取2:1，整个反应过程，丙烯的单程转化率达到约99.9%。
本文主要研究年产12万吨异丙苯的流程模拟优化。设计一套可行的反应工艺流程。利用Aspen软件对模拟流程的物料与能量进行衡算，计算塔径与塔板数，并优化进料位置，对塔径进行校核。
综合考虑交通因素、环境因素和经济因素，决定把厂址选在江苏省苏州市姑苏区，厂区设计占地面积为11741平方米。
1．2 设计地区的自然条件
1.2.1 气象资料
苏州的气温都是以太湖为中心，常年受到太阳的辐射是以太湖为中心，并沿江地区逐渐降低，年均温度是17℃。苏州处于亚热带，气候湿润和四季分明，常年多雨，年降水量是1100mm，最大降水量是1554mm，所以工厂附近水源充足，自然灾害比较少，降水量分布也具有同样规律[3]。苏州的降水量、温度、风速如表1.1、1.2、1.3所示。
表1.1 苏州气温数据统计
年均温
最高温度
最低温度
温度（℃）
17
30.3
0.3
表1.2 苏州风速数据统计
年均风速
最大风速
基本风压
风速
3.4m/s
19.1 m/s
0.3kN/m2
表1.3 苏州降水量数据统计
年均降水量
年均降水日
最大年降水量
月均降水量
降水量
1100mm
130天
1554mm
100160mm
1.2.2 地质资料
苏州矿产资源丰富，矿产以非金属为主。耕地面积很大，水资源非常丰富，无论是发生火灾还是其他事故都可以迅速解决，就地取原料非常方便。
目 录
1 总论 1
1．1 设计依据、方案及生产规模 1
1．2 设计地区的自然条件 1
1．3 厂址选择 2
2 发展评述 3
2．1 简史概述 3
2．2 几种分子筛反应工艺 3
2．3 国内异丙苯催化剂的研究 4
2．4 采用MCM49分子筛催化剂设计的原因 4
2．5 几种常用的化工设计软件 5
3 工艺叙述部分 6
3．1 生产流程的选择与论证 6
3．2 工艺流程叙述 7
3．3 原料和产品的技术条件 8
4 工艺计算 10
4．1 模拟方法 10
4．2 混合器的模拟计算 11
4．3 反应器的物料和能量模拟计算 12
4．4 苯塔的物料和能量模拟计算 14
4．5 异丙苯塔的物料和能量模拟计算 18
5 设备设计 22
5．1 苯塔的尺寸计算 22
5．2 异丙苯塔的设备设计 26
6 安全分析 29
6．1 主要危险品 29
6．2 安全设计过程 30
7 经济分析 33
7．1 投资估算 33
7．2 固定费用 34
7．3 土地使用费用 35
7．4 原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
材料费用 35
7．5 燃料及公用工程费用 36
7．6 直接工资 36
7．7 销售收入 36
结 论 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
+
1 总论
1．1 设计依据、方案及生产规模
异丙苯（Isopropylbenzene，IPB）是一种重要的有机中间体，是合成苯酚、丙酮和β甲基苯乙烯的重要化工原料。目前工业上主要以丙烯和苯为原料，烷基化生产异丙苯[1]。
异丙苯生产工艺中的主反应为苯与丙烯生成异丙苯：
主反应：C6H6+C3H6→C9H12
副反应为生成的异丙苯和丙烯进一步反应生成二异丙苯：
副反应：C9H12+C3H6→C12H18
这两个反应都是不可逆反应和分子数减少反应，从温度角度来说，低温有利于提高异丙苯的选择性，但是温度低，反应速率会大大降低，那么在相同转化率下就需要更大的反应器。从压力的角度，高压有利于提高转化率，但是选择性会降低，同时设备费用会相应增加，当然可以通过提高苯烯比来提高选择性，但是过量的苯需要分离循环回反应器，增加了操作费用[2]。
为了做到能源成本和原材料成本开发经济上最优的设计，本设计把威廉鲁平的模拟设计做为参考，采用固定床列管式反应器，反应压力选25bar，反应温度取358℃，苯烯摩尔比取2:1，整个反应过程，丙烯的单程转化率达到约99.9%。
本文主要研究年产12万吨异丙苯的流程模拟优化。设计一套可行的反应工艺流程。利用Aspen软件对模拟流程的物料与能量进行衡算，计算塔径与塔板数，并优化进料位置，对塔径进行校核。
综合考虑交通因素、环境因素和经济因素，决定把厂址选在江苏省苏州市姑苏区，厂区设计占地面积为11741平方米。
1．2 设计地区的自然条件
1.2.1 气象资料
苏州的气温都是以太湖为中心，常年受到太阳的辐射是以太湖为中心，并沿江地区逐渐降低，年均温度是17℃。苏州处于亚热带，气候湿润和四季分明，常年多雨，年降水量是1100mm，最大降水量是1554mm，所以工厂附近水源充足，自然灾害比较少，降水量分布也具有同样规律[3]。苏州的降水量、温度、风速如表1.1、1.2、1.3所示。
表1.1 苏州气温数据统计
年均温
最高温度
最低温度
温度（℃）
17
30.3
0.3
表1.2 苏州风速数据统计
年均风速
最大风速
基本风压
风速
3.4m/s
19.1 m/s
0.3kN/m2
表1.3 苏州降水量数据统计
年均降水量
年均降水日
最大年降水量
月均降水量
降水量
1100mm
130天
1554mm
100160mm
1.2.2 地质资料
苏州矿产资源丰富，矿产以非金属为主。耕地面积很大，水资源非常丰富，无论是发生火灾还是其他事故都可以迅速解决，就地取原料非常方便。
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