论文总字数：20515字

摘 要

二甲苯是重要的有机原料，目前在化工企业应用广泛，可用于石油、生物制药、聚酯等工业的生产，同时，还可用作稀释剂，溶剂、添加剂等，总之，它受到各企业的青睐，因而，分离出高纯度的二甲苯是本课题的关键。二甲苯装置精馏塔原料都是C₈及C₈以上芳烃经过二甲苯塔精馏装置进行分离，塔顶得到的是轻组分C₈芳烃，塔底得到的是重组分C₉芳烃。通过Aspen Plus软件，采用Radfrac模型对二甲苯精馏装置进行流程模拟，因为其混合物属于非极性物质，状态方程选用RK-SOAVE，建立正确的模型，在灵敏度分析的基础上找出影响精馏效果的因素。做出合理的设计规定进行优化并提出有效建议，在保证质量的前提下，提高产量和纯度。

关键词：二甲苯；Aspen Plus；流程模拟；精馏；优化建议

Process Simulation and Optimization of BTX Distillation Unit

Abstract

Xylene is the important organic raw materials. At the moment xylene is of very wide application in chemical enterprise. It can apply in petroleum, biological products, polyester, and so on. At the same time, it can also regard as thinning agent, solvent, additive and so on. In a word, it is warmly welcomed in the all enterprise. Therefore, separating high purity xylene is the key to a problem in this topic. Raw materials of BTX distillation unit are C₈ and C₈ A. Distillation unit can separate C₈A from raw materials. The top of column can get C₈A of light component. The bottom of column can get C₉A of heavy component. Process simulation of BTX distillation unit is simulated by using aspen plus software and choosing RadFrac model. Because their mixture is not the polarity. The stated equation can choose RK-SOAVE. Aspen plus software can establish the correct model and find out factors affecting the effects of rectification on the basis of sensitivity analysis. It can make reasonable design specification and put forward effective suggestions. On the premise of guarantee quality, improve the yield and purity.

Keywords:Xylene; Aspen Plus; Process Simulation; Distillation; Suggestion on Optimization

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 软件和工艺的介绍 1

1.1 Aspen plus的简介 1

1.2 工艺流程的简介 1

1.2.1精馏的原理 1

1.2.2 原料的性质 1

1.2.3 各芳烃所需达到的质量标准是： 2

1.2.4 工艺流程 2

1.3 DA801模型的建立 5

1.4 模拟运算的结果 8

第二章 调整模型参数 10

2.1 塔顶采出量的分析 10

2.2 回流比的分析 11

2.3 温度控制 13

第三章 工艺分析 14

3.1 塔顶采出量的影响 14

3.2 回流比的影响 15

3.3 进料位置的影响 17

3.4 进料压力的影响 19

3.5 压降的影响 19

第四章 优化模型，提出合理建议 22

4.1 优化模型 22

4.2 回流比的优化 24

4.3 改变相对挥发度，提高塔顶产品的质量 26

第五章 DA804塔的建模、调整分析、优化过程 28

5.1 DA804和DA801的异同 28

5.2 模型的建立 28

5.3 模拟计算的结果 29

5.4调整后的结果与现场数据的对照 30

5.5 工艺分析(同DA801一样采用灵敏度分析的方法) 32

5.5.1 塔顶采出量对精馏操作的影响 32

5.5.2 回流比对精馏操作的影响 33

5.5.3 进料位置的影响 34

5.5.4 压降对精馏操作的影响 35

5.6 模型优化，提出合理的建议 36

第六章 结论 38

致谢 39

参考文献 40

第一章 软件和工艺的介绍

1.1 Aspen plus的简介

Aspen plus是七十年代后期，由美国能源部在麻省理工学院组织的研究，研发的第三代流程模拟软件，全名称过程工程的先进系统(Advanced System For Process Engineering)。^[1]

该软件的特点是具有最适用于工业和最完备的物性系统，强大的数据处理功能，且其结构完整，为大型工业流程的计算大大缩短了时间，通过可靠的验证给化工行业带来巨大的经济效益。该软件应用广泛，适用于化工企业、医药企业、石油企业。船舶工业等各种制造业，计算涉及面广泛，因而受到大型制造业的青睐。

流程模拟软件本身具有物性数据库、进料流股、塔模块、单元操作模块、模型分析功能(比如灵敏度分析、设计规定、优化等)。因此我们需要做的就是了解产品的工艺流程；选择合适的合算模块建立准确的模型；输入需要的参数和初始值；选择最恰当的物性方法；进行模拟运算；对运算的结果进行分析，提出合理的优化建议并指导生产。

本文采用Aspen plus流程模拟软件对二甲苯精馏装置进行流程模拟及优化。^[2]通过建立正确的模型，选择合适的状态方程，输入合理的参数进行运算。在此基础上调整模型，以便与现场生产相符合，用于指导生产和设计，为后期优化并提出符合实际生产的建议奠定理论基础。^[3]

1.2 工艺流程的简介

1.2.1精馏的原理

精馏是利用混合物中各组分间挥发能力的差异，通过气相和液相的回流，使气、液两相反向多次接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得轻组分不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中转移，使混合物得到不断分离的过程。此过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制，而塔板是其传热和传质的场所，然而在每层塔板上所进行的的热量交换和质量交换是密切相关的，气液两相的温度差越大则所交换的质量越多。可总结为，液体混合物经过多次部分气化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离。其特点是气、液相回流，优点是提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力，因而只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。

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