竞赛经典案例 | 2021年第十五届化工设计大赛案例回顾

本期内容将聚焦于2021年第十五届化工设计大赛的经典案例，该年竞赛以“异丙醇生产”为主题，要求参赛者为某大型化工企业设计一座异丙醇生产分厂，或为现有的异丙醇生产分厂设计技术改造方案，且技术符合中国绿色低碳发展要求。这一主题重大意义在于对传统工艺有所改进，为实现清洁生产高纯度异丙醇，探索出一条更加节能、安全、环保的道路。通过奥秘仿真平台，我们复现了以丙烯气相水合法制备异丙醇的全流程模拟。

丙烯气相水合法制备异丙醇的流程分为丙烯水合工段，异丙醚精制工段和异丙醇精制工段。液态丙烯原料经泵加压，汽化器汽化后于反应段下方气相进料，原料工艺水加压后，于反应段上方液相进料。反应段中气相丙烯及水蒸气在发生水合反应，得到产物异丙醇（IPA）及副产物异丙醚（DIPE）。IPA粗产品经粗分塔粗分，塔顶采出得到大量异丙醚、异丙醇及少量水的混合物，塔底产物为异丙醇和水的混合物。异丙醚粗产品于精制塔中经萃取精馏，塔顶可获得高纯度异丙醚产品，塔底采出的乙二醇、异丙醇和水的混合物进入下一工段，进行精制，分别得到高纯度的异丙醇产品、水及萃取剂。

异丙醇精制工段采用双塔流程模拟，分离塔与回收塔模块连接如下图所示，萃取剂选用乙二醇，进料物流为上一工段塔底混合产物。分离塔塔顶采出纯度较高的IPA，萃取剂回收塔塔顶采出工业水，塔底采出纯度99.9%的EG，以供循环利用。

上期奥秘课堂介绍了灵敏度分析功能，我们可以使用灵敏度分析功能对本期案例的异丙醇精制工段的分离塔进行优化，我们采用塔顶出口流股的异丙醇的摩尔分率为目标变量，操纵变量如塔板数，原料进料位置等均作为单变量进行优化，当异丙醇的摩尔分率保持稳定最大时，得到优化结果。

由图可得，当分离塔塔板数大于46时，塔顶异丙醇的摩尔分率保持稳定，结合节能的原理，最优的精馏塔塔板数为46。

由图可得，当分离塔进料塔板位置大于38时，塔顶异丙醇的摩尔分率减小，故最优的分离塔进料塔板位置为第38块塔板。

接下来我们将发布一系列推文，通过利用奥秘仿真平台的强大功能，重现历年大赛的经典案例。每一期推文，我们都将深入介绍一个具体的大赛案例，无论您是化工领域的资深专家，还是对这一领域充满热情的新手，诚邀您关注我们，一起探索和深度学习化工设计。