过 程 模 拟 与 优 化
化工过程分析与设计
为满足异丙苯的市场需求，本设计扩大产量，由原来的10,000吨/年，扩为100,000吨/年；使用了新型填料催化剂使反应的选择率和产率增大，从而提高经济效益；同时通过对脱丙烷塔，脱苯塔，精馏塔和脱二异丙苯塔的操作条件进行优化，减少了塔的理论板数，减少了设备投资；降低了塔的回流比和操作压力，从而降低公用工程消耗和温位，进而降低操作费用；加入过程控制，保持了系统的操作稳定
2、Production
of Acetone Via the Dehydrogenation of Isopropyl Alcohol (IPA)
反应:：吸热反应。
b. 反应条件: 反应温度T=350℃；反应器压力 P=2 bar
c. 选择性: 由于该反应过程为单一、不可逆、无副产品的反应，故选择性S=1。
d. 气相反应。
e. 有催化剂。
1. 丙酮产率：31.2kmol/h，年产15000吨。
2. 丙酮产品纯度：XD≥0.99
70mol%88wt%
3、Phthalic Anhydride
Production
苯酐是重要的有机化工原料，主要用于增塑剂、涂染料、聚酯、不饱和聚脂树脂、醇酸树脂等领域。提高苯酐的生产产量将会大大的提高各化工企业的竞争实力，满足市场的要求，进行苯酐生产工艺的设计与改进对于国内外市场都具有重要的意义。
4、Allyl Chloride
5、Procduction
of Dimethyl Ether (DME) Via the Dehydration of Methanol
&&&&二甲醚工业生产的兴起是同氟氯烷的限制和禁止使用紧密相连的。70年代初国际上气雾剂制品得到了迅速发展，气雾剂生产中，气雾抛射剂主要采用氟氯烷。近年来，发现氟氯烷对地球大气臭氧层有严重的破坏作用，遭到限制和禁止使用。鉴于二甲醚的饱和蒸汽压等物理性质和二氟二氯甲烷相近，以及其优良的无毒害和环保性能，使之成为氟氯烷的理想替代品。自80年代以来，二甲醚作为一种安全气雾剂得以迅猛地发展。目前，气雾剂制品已成为二甲醚最重要的应用市场。二甲醚不仅可以做致冷剂和气雾剂，而且还作为液体燃料。低压下的二甲醚变为液体，与石油液化气有相似之处。二甲醚也可以做醇醚燃料，与甲醇按一定比例混合后，可克服单一液态燃料的缺点，从而改善燃料性能，具有清洁、使用方便等优点。
&&&&据市场调查，二甲醚市场应用前景广阔，国内需求量远远超过供给量。现市场上甲醇价格为元/吨，二甲醚价格为7000元/吨。以甲醇为原料，经催化脱水得到二甲醚，为甲醇的综合利用和增值提供了一条理想的途径。本设计按照概念设计的思路，寻找从甲醇催化脱水生产二甲醚的最佳工艺流程和估算最佳设计条件。
2 反应路径
a. 反应方程式：2CH3OH → (CH3)2O + H2O
b. 反应热：ΔHR(25oC)=-11770KJ/kmol
c. 反应条件：温度T = 250oC - 370oC，反应压力P = 11 bar
d. 选择性：该反应为催化脱氢，催化剂为10.2%硅酸处理的无定性氧化铝。在4000C以下时，该反应过程可以看作是单一、不可逆的，反应的选择性S可以近似认为等于1。
e. 反应为气相反应。
f. 甲醇的转化率在80% 以上。
g. 二甲醚产率：65kmol/h
h. 二甲醚产品纯度：99wt%
i. 原料：常温下工业级甲醇(假定含量1%)
3 生产流程
&&&&选择一个连续的过程，操作费用和物流费用以年为基准，操作时数为8150 h/a。
6、Acrylic Acid
Production Via the Catalytic Partial Oxidation of Propylene
&&&&目前丙烯酸的生产方法有很多种，早期丙烯酸的制造方法有1）由乙炔与水和CO在镍化合物的存在下反应生成丙烯酸，这个方法的优点是丙酸的生成少，但要求的条件较苛刻；2）从乙烯制造丙烯酸，这条路线多半已经停止使用；3）从乙烯酮制备丙烯酸；从丙烯腈制备丙烯酸。但目前最主要的一种方法是丙烯的催化部分氧化法。丙烯酸生产的机理是一个两步氧化过程：第一步是丙烯氧化成丙烯醛；第二步是丙烯醛再进一步氧化成丙烯酸。丙烯酸的各种生产方法的比较见表1。
&&&&几种生产丙烯酸方法的比较
丙烯氧化制备丙烯酸
技术经济最优
由乙炔制备丙烯酸
早期制备方法
丙酸的生成少
条件较苛刻，产物难分离
从乙烯制备丙烯酸
多半已停止使用
从乙烯酮制备丙烯酸
六十年代的制备方法
环境温度下反应
从乙烯腈制备丙烯酸
丙烯腈价格低
硫酸不能循环使用
&&&&本设计拟采用丙烯部分氧化法进行丙烯酸的生产设计。丙烯氧化制备丙烯酸法因其原料的低成本（通常丙烯是比乙炔、乙烯或乙烯酮更便宜的商品）和其生产工艺的不复杂性而使得这种生产工艺具备技术经济上的可行性。
7、Production
of Heptenes from Propylene and Butenes
8、HDA Process
and the Cyclohexane Production
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&H298kJ/mol
C2H5OH&&&&&&&&&&&&&&&&&&
-45.81&& (1-3)
+ C2H5OH C2H5OC2H5&&&&&&&&&
-23.44&& (1-4)
乙烯直接水合是在较高温度(220~300C)进行，不同温度下的热效应可以通过基尔霍夫定律得到。查得参与反应各物质的热容方程式和标准热效应，可以计算得到任意温度下的热效应。最终的计算结果表明，温度对热效应的影响不大。
不同压力下的热效应，可以通过参与反应各物质的热力学常数利用计算的方法求得。当压力增加时，放热略有增加，但绝对值不大。水合反应通常在7.091Mpa下进行，当操作压力发生波动时，对反应器的操作稳定性不会有明显的影响。
水/烯比对平衡转化率的应可以从计算得到，见表1。因为乙烯比水贵重得多，所以常用乙烯的转化率来评价反应的好坏，其平衡转化率指乙烯的平衡转化率。
290C、7.09Mpa下不同水/烯比（mol）时的乙烯平衡转化率
9、Ethanol Synthesis
3ASPENPRO/II
10、Styrene Process
11、the Butene
Alkylation Process
&&& 15,000
Plus 10.2 98.5
12、醋酸酐生产过程概念设计(Butadiene
Sulfone Process)
本项目首先结合市场需求，将生产规模从15,000 吨/年扩大到30,000 吨/年。通过对往界同学的设计报告的分析，发现其中一个闪蒸器作用不大，因而在本项目中减少了一个闪蒸器，并减少了吸收塔的塔板数，使用Aspen
Plus 10.2 模拟仍然得到符合要求的产品（质量百分比超过98.5％的乙酸酐优等品）
13、丙烯腈生产的概念设计(Conceptual
Design of Acrylonitrile Production Process)
1 设计背景
&& 该项目来源于EnDoCor公司(ENGINEERING DESIGN CORPORATION)，详细情况看参考资料。丙烯腈能被用来生产ABS树脂，丙烯酰胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯-己二睛树脂。目前，丙烯腈的主要生产方法是流化床丙烯氨氧化法。然而，丙烷氨氧化法的出现对丙烯氨氧化法提出了挑战，因为丙烷比丙烯具有价格优势，可以大大降低进料费用。卓越化学公司的商业发展部想要扩大他们的纤维和树脂生产线，这一项目能为丙烯腈提供4亿磅的市场。
&& 在甲方给定条件下，对丙烷氨氧化法进行概念设计，并与丙烯氨氧化法进行比较，分析丙烷氨氧化法的经济可行性。
对生产过程作经济评价，使用以下的信息：
（丙烯腈$0.37/1b；丙烯$0.17/1b；丙烷$0.083/1b；氨$0.085/1b。丙烯腈的纯度不小于99.0wt%）
14、PET的合成
即聚对苯二甲酸乙二酯，自５０年代工业化大生产以来，最大的用途是加工成涤纶纤维，其次是包装瓶和薄膜。
&&&&目前，世界各国PET生产采用的技术路线主要有3种。
（1）、DMT法
&&&&采用对苯二甲酸二甲酯（DMT）与乙二醇（EG）进行酯交换反应，然后缩聚成为PET。
（2）、PTA法
&&&&采用高纯度的对苯二甲酸（PTA）或中纯度对苯二甲酸（MTA）与乙二醇（EG）直接酯化，连续缩聚成聚酯。
自从１９６３年开发了PTA法生产PET工业化技术后，PET生产得到了迅速的发展，由于PTA法较DMT法优点更多（原料消耗低；EG回收系统较小；不副产甲醇，生产较安全；流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产成本较低；反应速度平缓，生产控制比较稳定），70年代后期新建PET装置纷纷转向PTA法，目前世界PET总生产能力中约７５%以上采用PTA法。
（3）、EO法
&&&&用PTA与环氧乙烷（EO）直接商化，连续缩聚成PET。日本过去曾用此法进行过生产，但由于此法具有易爆，易燃、有毒等缺点，目前已淘汰。
&&&&60年代初， PET的生产以间歇法为主，60年代后，西欧各国、日本继美国之后，也成功地开发出了连续化生产技术，由于连续化工艺较间歇法工艺优越，产量大、质量好、可直接纺丝、产品成本低，所以得到迅速发展。目前已成为PET生产的主流。７０年代以后建的PET装置，规模大的都采用连续化工艺。进入80年代以后，新建的PET装置即以PTA法的连续化为主。
&&&&另外，随着PET工业用丝及瓶用的发展，又出现了PET固相缩聚增粘技术，而且其工艺也有间歇和连续法之分。
15、氨基树脂油漆生产废水的处理
&&&& &氨基树脂（amino
resin）是由氨基化合物和甲醛缩聚而成的热固性树脂，它通常作为涂料生产的原料。涂料工业所用的氨基树脂必须用醇类醚化改性，使之可溶于有机溶剂中，它在热固性涂料中起交联作用。氨基树脂漆中，氨基树脂与醇酸树脂、聚酯树脂、热固性丙烯酸树脂、环氧树脂配合，可制得性能突出的氨基树脂漆。该漆硬度高，光泽高，抗水性、耐候性好。广泛应用于涂装汽车、自行车、家用电器、轻工等产品，起保护和装饰作用。据统计，1997年我国氨基树脂产量44406吨，到2001年可能达到9万多吨，基本上用于涂料（油漆）的生产。
&&&& 在氨基树脂油漆的生产过程中，会产生大量的废水，水中含有相当一部分甲醇、丁醇及少量的甲醛，如果直接排放会对受纳水体产生严重的污染。目前我国氨基树脂涂料生产企业对生产废水基本上没有进行有效处理，水中的甲醇、丁醇有用物质也没有得到回收，浪费了资源，增加了成本。因此本设计的目的就是根据我国氨基树脂涂料生产废水治理的现状，提出这类废水处理的方法，达到回收有用物质，减轻污染，保护环境和为企业增加效益。为此，本设计按照概念设计的思路，寻找氨基树脂涂料生产废水处理的最佳工艺流程和最佳设计条件。
16、凹凸烟管内流动与传热性能模拟与优化
(Heat Transfer and Flow Properties Simulation and Optimization of Concavo-convex
&&& CO2SC-CO2BPSC-CO2SC-CO2
17、超临界CO2萃取紫苏油过程的计算机模拟
(Simulation of Extraction Process of Perilla Seed Oil with Supercritical
Carbon Dioxide)
18、催化裂化液化气分馏工艺流程的模拟与优化
(Simulation and Optimization of Fractionation Process of the Liquefied
Catalytic Cracking Gas)
R =48,000Btu/mol
, &&&&Keq=(6.84610-11)exp[-36,940/T(0R)],
&k1=(8.1721015)exp[-52,200/T(0R)],&&&
k1=k-1Keq[mol/(ft3h)],
反应速率符合化学计量关系，并且采用CSTR反应器。
反应条件：反应温度=90
0F , 反应器压力=150psia 。
c.假设反应的选择性为1：
反应动力学：反应在产品沸点下有显著的逆反应速率，这时应选择适宜的反应温度、二氧化硫与丁二烯的摩尔比，不仅要求转化率高，还要求生产控制稳定、产品成本低，一般选择二氧化硫与丁二烯的摩尔比r
=1.0，丁二烯的转化率为40%
液相，无催化剂
丁二烯砜产量：P丁二烯砜 =
丁二烯砜的产品纯度：xD ³
物化数据：一般需要的信息是分子量、沸点、蒸汽压、热容、汽化热、反应热、液体密度和逸度系数（或状态方程）。
5. 费用数据：SO2＝0.064$/mol，丁二烯＝6.76$/mol，丁二烯砜＝8.50$/mol，反应器的年均建设费是3150
[$/(ft3?a)]。
19、丁二烯和二氧化硫合成丁二烯砜的案例研究
/Cyclohexanecarboxylic
/NONONO2N2O3
NOHSO4&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
H2SO4&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
SO3&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
20、环己烷羧酸酰胺化(亚硝化)过程模拟与优化
(Simulation and Optimization of Cyclohexanecarboxylic Acid Nitrosation
21、空调系统冷水机组运行能耗模拟
(Analog Computation to Chiller’s Energy Consumption in Air-conditioning
22、蜡油溶剂回收系统核算与优化
&&用ASPEN PLUS模拟软件和PSRK热力学方法对茂石化北汽提装置的汽提部分进行了模拟和优化。通过对污水汽提装置进行模拟，发现各塔的再沸器蒸汽用量和吸收水用量参数是灵敏参数，需仔细调节才能使模拟收敛，此两参数可调节范围窄小。在优化过程，发现通过调节再沸器蒸汽用量和吸收水用量等参数均不能使T-1底净化水合格排放。改变T-1侧线出料位置（提高进料位置）和增加T-1的理论板数，能使T-1底净化水合格排放。改变T-1侧线出料位置，虽能使T-1底净化水合格，但含氨量仍较大（117ppm），如果在原水的组成偏大或流量加大时，则T-1底净化水氨含量很容易超标。
&&& 本设计使用了先静置，后脱水和精制的分离操作，并采用了共沸精馏的方法来处理废水以及回收苯胺；对精制塔的塔板数和进料位置进行了优化计算；同时进行物料衡算和能量衡算，改进了热力学方法和精馏塔算法。
24、氯苯废水中苯和氯苯的回收
(Recovery of Benzene and Chlorobenzene in the Chlorobenzol Wastewater)
&&& 用AspanPlus流程模拟软件模拟汽提法回收氯化苯废水中苯和氯化苯所得出的结果是合理的；用汽提法回收氯化苯废水中的苯及氯化苯具有一定的经济效益和环境效益，缓解了污水处理厂“建得起，养不起”的矛盾。
25、氯乙烷生产废水的处理设计
(Treatment of Wastewater from Chlorethyl Manufacturing Process)
本设计主要是针对从澄清池出来的废水进行蒸馏，回收乙醇。此废水中主要含有乙醇和氯化钙&&
设计主要内容
①一个精馏塔的计算
②经济效益分析
设计主要参数
进水量685kg/h，进水组成：乙醇7.2%，水77.4%，CaCl2
15.4% 。回收乙醇的纯度应大于75%。经过处理后，最终排出的废水应达到国家一级排放标准。
26、吸收稳定系统工艺流程研究&
Our company wishes to submit
a competitive bid to design a process for making gasoline to take advantage
of the recently discovered deposits of natural gas in the country of Gasolinia.
The Government of Gasolinia and our research department have provided
the following information for your design. The
following reactions take place in the liquid phase at 45 deg F and 90
psia in a continuous stirred tank reactor.
Butene + Isobutane ---& Isooctane H1 = -27,440 Btu/mol
Butene + Isooctane ---& C12 H2 = -25,180 Btu/mol
The reactions take place at 45 deg F and 90 psia, and
kinetics correspond to their stoichiometry, with the rate constants
k1 = (9.56 x 1013) exp{-28,000/[RT(deg R)]} hr-1
k2 = (2.439 x 1017) exp{-35,000/[RT(deg R)]} hr-1
The costs are, butene = $14.56 /mol, isobutane = $18.59
/mol, isooctane = $36.54, and fuel = $4.00 /106 Btu. Cooling water is
available at 80 deg F and costs $ 0.04/1000 gal. Steam is available
at different temperatures as shown below.
Level(deg F)
Cost(/1000lb)
Enthalpy(Btu/lb)
One feed stream contains 8% C3, 80% butene, and 12%
n-C4, while the other contains 12 %C3, 73% i-C4, and 15% n-C4.
Since the optimum production rate is to be determined,
you are requested to design a process with to achieve a production rate
500[1 + (G - 1)/16] mol/hr
where, G is your group number. You are encouraged to
compare your results with those of other groups to suggest an optimum
production rate.
Since you have been with us for only a short time, please
follow the hierarchical process design method of Douglas (1988), and
arrange to meet with your assigned engineering consultant on a weekly
basis to discuss the design at each stage. Additional information pertaining
to your design will be available via this page.
Please submit progress reports according to this schedule.
When you complete your design on or before the due date, please send
me a report giving your conclusions and the reasons for them. Will the
price of your product make it competitive for the US gasoline market?
27、八碳烯分离工艺研究
&针对大连凯金精细化工有限责任公司的八碳烯生产工艺的分离问题开展研究，提出了八碳烯精馏分离流程，对所提流程进行了优化模拟计算及分析。提供了八碳烯分离物系各组份的物性、汽―液相平衡数据，完成了整个分离系统的物料衡算、热量衡算及塔、换热设备、容器、泵、仪表、管道的设计计算，给出了带控制点的流程图及所有非标设备的加工图纸，完成了投资概算，为八碳烯精馏分离工艺的施工图设计提供了充分的依据。
28、醋酸乙酯-醋酸丁酯联产工艺设计
29、蒸汽动力系统运行、控制与优化计算机模拟(the
simulation of steam dynamic system’s operation,control and optimization)
北方某炼油厂在长期的生产中发现以下问题:
1.冬季时约100 t/h中压蒸汽减温减压，造成大约5000kWh电损失；
2.夏季时因低压蒸汽（1.0MPa）用户所限，出现汽轮机背压汽过剩，被迫放空 ；
3.在夏季, 由于采暖用户有限,造成部分瓦斯放空;
extraction
rectify of methanol and dimethyl carbonate azeotropic mixture
Simulation
& optimization of recovery of pyridine in the industrial wastew
optimal design of building compound energy system
通过DeST 软件模拟分析，从而找出玻璃的热工性能与开窗率的关系，并提出了补偿大开窗率的措施，近而找出节能的方法
CFD(Simulation
of The Airflow Pattem in a Air Conditioned Room with CFD)
Simulation of Earth Cooling Coupled with Dessicant Refrigeration
System for Air Conditioning
paper will develop an earth cooling system combined with desiccant
ref rigeration. The working thermodynamic processes on different
ambient outdoor air conditions are analyzed on psychrometric
chart by earth-to-air heat exchangers with or without desiccant
refrigeration system. As a key component of this earth cooling
system combined with desiccant refrigeration, the flow fields
of the dehumidifier are simulated by CFD code PHOENICS with
different spacing and layout.&
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