摘 要

本文借助计算机软件 Aspen Plus 首先针对HPPO法制备环氧丙烷的工艺流程进行模拟，得到工艺流程的结果以及相关数据。然后选取精馏分离部分进行灵敏度分析，分析回流比对丙烯和环氧丙烷分离效果的影响以及进料塔板数对分离效果的影响，并对两种情况进行了比较，所得结果对于实验和工厂实践环氧丙烷生产流程具有重要的指导意义。

论文主要研究了用HPPO法制备环氧丙烷的工艺生产流程的模拟与优化。

研究结果表明：用HPPO法制备环氧丙烷，又原料循环利用率高、能耗少和副产物分离彻底等优点。并且在本次模拟的压力和温度下，回流比为0.9、进料塔板是第八块板时，丙烯和环氧丙烷的分离效果是最好的。

本文的特色：利用 Aspen Plus 软件进行生产流程的模拟，可以快速准确地得到结果数据，避免了做实验的周期长、设备复杂的缺点。与此同时，灵敏度分析也可以快速的找到反应发生的最适宜条件。

关键词：aspen plus模拟与优化；HPPO法；环氧丙烷；丙烯；过氧化氢。

Abstract

In this paper, computer software Aspen Plus is used to simulate the process of preparing propylene oxide by HPPO method, and the results of the process and relevant data are obtained. Then, the rectification separation part is selected for sensitivity analysis, the influence of reflux ratio on the separation effect of propylene and propylene oxide and the influence of the number of feed trays on the separation effect are analyzed, and the two situations are compared. The obtained results have important guiding significance for experiments and factory practice of propylene oxide production process.

This paper mainly studies the simulation and optimization of the production process of propylene oxide by HPPO method.

The results show that the HPPO method for preparing propylene oxide has the advantages of high recycling rate of raw materials, less energy consumption and thorough separation of by-products. Under the simulated pressure and temperature, the reflux ratio is 0.9 and the feed tray is the eighth tray, the separation effect of propylene and propylene oxide is the best.

The characteristic of this paper is that by using Aspen Plus software to simulate the production process, the result data can be obtained quickly and accurately, avoiding the disadvantages of long experiment period and complicated equipment. At the same time, sensitivity analysis can also quickly find the most suitable conditions for reaction.

Key word：Simulation and optimization ; Epoxypropane ; Propylene ; Hydrogen peroxide .

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.1.1 环氧丙烷背景知识 1

1.1.2 国内外研究现状 1

1.1.3 研究的目的 1

1.2 研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 2

1.2.1 研究问题提出 2

1.2.2研究实验思路 2

1.2.3 研究设计方案 3

1.2.4 研究的初步目标 3

第二章 HPPO法制备环氧丙烷的过程模拟 4

2.1环氧丙烷生产工艺的介绍 4

2.2环氧丙烷生产流程模拟 5

2.2.1 生产工艺介绍 5

2.2.2 生产过程结果 6

2.3丙烯分离及循环过程模拟 8

2.3.1丙烯分离流程简介 8

2.3.2丙烯分离过程模拟结果 9

2.4环氧丙烷分离过程模拟 13

2.4.1 环氧丙烷分离流程简介 13

2.4.2 环氧丙烷分离模拟结果 13

2.5原料循环及副产物分离过程模拟 17

2.5.1 分离流程简介 17

2.5.2 分离流程模拟结果 18

2.6整体生产过程影响因素 21

第三章 丙烯分离及环氧丙烷收集过程优化 22

3.1 优化对象的确立 22

3.2 回流比对分离及收集过程的影响 22

3.2.1 回流比对丙烯分离过程的影响 23

3.2.2 回流比对环氧丙烷收集流程的影响 25

3.3 进料塔板对分离及收集过程的影响 27

第四章 主要设备设计 30

4.1 反应釜的设计 30

4.1.1 反应釜的主体设计 30

4.1.2 反应釜的其他设备选型 31

4.2 精馏塔的设计 33

4.3 主要设备装配图 34

第五章 车间布置 35

5.1 车间布置原则 35

5.2设备相关数据 35

5.2.1 反应釜相关数据 35

5.2.2 精馏塔相关数据 36

5.3 环氧丙烷生产车间布置 36

第六章 总结 37

参考文献 38

附录 39

致谢 40

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.1.1 环氧丙烷背景知识

环氧丙烷（PO），又叫做氧化丙烯、甲基环氧乙烷，是一种重要的有机物。环氧丙烷是无色醚味液体，它具有低沸点、易燃的特点。并且有手性，其工业品一般是两种对映体的外消旋混合物。环氧丙烷能够与水、乙醚、乙醇混溶，与戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯、二氯甲烷形成二元共沸混合物。同时，环氧丙烷也有一些缺点，它有毒，对身体的膜系统和皮肤会造成很大的伤害，甚至会导致组织坏死。环氧丙烷的工业生产方法主要有氯醇化法、共氧法、异丙苯氧化法(CHP 法)和过氧化氢直接氧化法(HPPO 法)等，其中 HPPO 法因为它有环保无污染的优点而成为研究开发的重点。

1.1.2 国内外研究现状

近年来，世界上生产环氧丙烷的能力稳步增加。增加的地区只要是亚洲地区，北美与西欧地区基本维持不变。已知，世界上环氧丙烷生产产业高度集中，陶氏化学和莱昂德尔公司是世界上最主要的环氧丙烷生产商，他们控制了世界上有关环氧丙烷的大部分市场，陶氏化学是目前世界上最大的环氧丙烷生产厂家。

中国是世界上最大的环氧丙烷生产国家。2017年之前，我国生产环氧丙烷的能力稳步增长，居世界前列，而2018年与之前相比，维持稳定水平，并没有显著增加的趋势。但是，在这种情况下相关弊端也随之暴露，我国有关环氧丙烷的供应需求是一种弱平衡的状态。预测估计到2022年，聚醚、丙二醇/碳酸二甲酯和二乙醇单异丙醇胺等下游需求将会有不用程度的上涨趋势，给环氧丙烷需求平衡打下坚实的基础。但计划新增环氧丙烷的产能高达387万吨，扩张速度过快会使产能过剩情况日益严重。而且，市场竞争激烈、利润大幅缩水是大概率事件，企业新投资环氧丙烷项目时需要谨慎考虑。在环保形势高压常态化、高度政治化大环境下，HPPO法工艺将是未来环氧丙烷生产工艺的主要发展方向^[1]。

1.1.3 研究的目的

本次设计重点是在已知的HPPO法制备环氧丙烷工艺的基础上，进行改进和优化，运用aspen plus软件设计一套新的环氧丙烷工艺流程出来，以提高环氧丙烷的产率。

1.2 研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

1.2.1 研究问题提出

HPPO 法是指过氧化氢（双氧水，H2O2）和丙烯（C3H6）在催化剂的作用下制备环氧丙烷的新工艺。其生产的原理是在相对比较温和的条件下，存在甲醇和水作为溶剂，发生直接氧化反应制备环氧丙烷。 用这种方法生产环氧丙烷的工艺克服了许多问题，例如采用氯醇法生产时会有的设备腐蚀严重，废液、废渣多等问题。而且该工艺的流程简单，不论是能源消耗方面还是原料消耗方面都低于其他同等工艺。并且该工艺流程在产率高的同时，“三废”排放量少、副产物少，这就使得其适用于实际生产的可能性更高，也会创造更高的价值。该工艺属于环境友好的清洁生产工艺，从侧面说明，HPPO法会是环氧丙烷工业化生产的发展方向^[2]。但是，目前已经成熟的HPPO法制备环氧丙烷的工艺流程也许并不是最优化的方案，其中还存在许多可以改进的方面。