反应精馏分解过氧化氢异丙苯的工艺设计及经济优化

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.001

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 1-6.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.001

反应精馏分解过氧化氢异丙苯的工艺设计及经济优化

刘亲浓(), 易争明(), 颜大维, 艾秋红

湘潭大学化工学院，湖南湘潭 411100

收稿日期:2023-04-10 修回日期:2023-05-04 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 易争明
作者简介:刘亲浓（1998⁃），女，硕士研究生，从事化工过程模拟与优化方面的研究；E⁃mail: 1442912855@ qq.com。
基金资助:
2022年度兵团财政科技计划项目（第一批）(2022AA005)

Process Design and Economic Optimization for the Decomposition of Isopropylbenzene Peroxide by Reactive Distillation

Qinnong LIU(), Zhengming YI(), Dawei YAN, Qiuhong AI

College of Chemical Engineering，Xiangtan University，Xiangtan Hunan 411100，China

Received:2023-04-10 Revised:2023-05-04 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Zhengming YI

摘要/Abstract

摘要：

采用Aspen Plus软件对反应精馏分解过氧化氢异丙苯（CHP）的新工艺以及后续苯酚、丙酮的精制工艺流程进行了稳态模拟。以年度总成本（C_TAC）最小为目标函数，对反应精馏塔（RD）及精制工艺流程的操作压力、进料位置及塔板数等进行了经济优化。结果表明,工艺的最优操作参数：RD的总塔板数为34块，精馏段塔板数为27块，反应段塔板数为6块，进料位置为第28块，操作压力为3.0×10⁴ Pa；丙酮精制塔（T101）、异丙苯拔顶塔（T102）、焦油塔（T103）和苯酚精制塔（T104）的总塔板数分别为25、61、23、22块，进料位置分别为第16、45、9、9块，操作压力分别为5.2×10⁴、5.0×10³、5.5×10⁴、6.0×10³ Pa，此时新工艺流程的C_TAC最小值为2 239.03 万元/a。同时，对传统CHP分解和后续苯酚、丙酮精制工艺进行了稳态模拟及经济优化。结果表明，其C_TAC最小值为2 608.13 万元/a。对比反应精馏工艺与传统工艺流程可知，C_TAC可节省14.15%，能耗节省9.01%。

关键词: 过氧化氢异丙苯, 反应精馏, 年度总成本, Aspen Plus

Abstract:

This paper uses Aspen Plus software to carry out steady?state simulations of a new process for the reactive distillation of hydrogen peroxide isopropylbenzene (CHP) and subsequent refining processes for phenol and acetone. The operating pressure, feed position and number of plates of the reactive distillation column and the refining process were economically optimised with the objective of minimising the total annual cost (C_TAC). The results show that the optimal operating parameters of the process are as follows : the total number of trays of RD was 34, the number of trays in the distillation section was 27, the number of trays in the reaction section was 6, the feed position was 28, and the operating pressure was 3.0×10⁴ Pa. The total plate numbers of acetone refining tower (T101), cumene top tower (T102), tar tower (T103) and phenol refining tower (T104) were 25, 61, 23 and 22, respectively. The feed positions are 16, 45, 9 and 9, respectively. The operating pressures were 5.2×10⁴, 5.0×10³, 5.5×10⁴, 6.0×10³ Pa. The minimum C_TAC of the new process was 2 239.03×10⁴ yuan/year. At the same time, the steady?state simulation and economic optimization of the traditional CHP decomposition and subsequent phenol and acetone refining process were also carried out, and the minimum C_TAC value was 2 608.13×10⁴ yuan/year. By comparing the reactive distillation process with the traditional process, it can be seen that C_TAC can save 14.15% and energy consumption can save 9.01%.

Key words: Hydrogen peroxide isopropylbenzene (CHP), Reaction distillation, Total annual cost, Aspen Plus

中图分类号:

TQ243.1

刘亲浓, 易争明, 颜大维, 艾秋红. 反应精馏分解过氧化氢异丙苯的工艺设计及经济优化[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 1-6.

Qinnong LIU, Zhengming YI, Dawei YAN, Qiuhong AI. Process Design and Economic Optimization for the Decomposition of Isopropylbenzene Peroxide by Reactive Distillation[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(5): 1-6.

图/表 9

图1 CHP反应精馏分解制苯酚、丙酮新工艺流程

表1 模拟值与实验值对比

项目	模拟值		实验值
项目	塔顶	塔釜	塔顶	塔釜
T/℃	44.5	124.6	43.3	126.9
p×10^-4/Pa	4.25	4.40	4.25	4.40
w（异丙苯）/%	68.31	79.39	66.93	78.39
w（苯酚）/%	0.41	18.17	0.45	17.59
w（丙酮）/%	30.38	0	31.57	0.29

图2 优化迭代框图

图3 反应精馏塔可调变量对CTAC的影响

图4 丙酮精制塔可调变量对CTAC的影响（a）总塔板数（b）进料位置（c）操作压力

图5 异丙苯拔顶塔可调变量对CTAC的影响（a）总塔板数（b）进料位置（c）操作压力

图6 焦油塔可调变量对CTAC的影响（a）总塔板数（b）进料位置（c）操作压力

图7 苯酚精制塔可调变量对CTAC的影响（a）总塔板数（b）进料位置（c）操作压力

表2 经济优化后新旧工艺费用、能耗对比

工艺	总能耗/kW	节能效率/%	C_TAC/（万元·a^-1）	C_TAC节约效率/%
传统工艺	171 541.87		2 608.13
新工艺	156 077.51	9.01	2 239.03	14.15

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Process Design and Economic Optimization for the Decomposition of Isopropylbenzene Peroxide by Reactive Distillation

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