竞赛经典案例 | 2020年第十四届化工设计大赛案例回顾

本期内容将聚焦于2020年第十四届化工设计大赛的经典案例，该年竞赛以“碳五烷烃为原料制备非燃料用途的化工产品”为主题，要求参赛者为某大型化工企业设计一座分厂，技术符合中国绿色低碳发展要求。这一主题重大意义在于遵循《中国制造2025》指出的发展方针，以创新驱动，坚持绿色发展，探索解决碳五烷烃的综合利用的先进解决方案。通过奥秘仿真平台，我们复现了以碳五烷烃生产聚合级异戊二烯的全流程模拟。点击下方视频，您可以了解该工艺的搭建过程，获取更多精彩内容！

碳五烷烃生产聚合级异戊二烯工艺流程分为原料预处理工段、异构化工段、脱氢工段及产品精制工段。原料经过脱氢塔脱除碳四组分，塔釜流股经热泵精馏塔和双效精馏塔，顶部为纯度较高的正戊烷，底部为重组分作为石脑油产品。异戊烷进入脱氢工段，正戊烷进入异构化工段，进行异构化反应，出反应器的物料通过闪蒸罐分离出的氢气进入产品精制工段，液相产品通过分离塔分离出的异戊烷进入脱氢工段。前两工段的异戊烷混合后进入一步脱氢反应器进行异戊烷脱氢反应。出反应器的物料经萃取精馏塔，塔顶得到异戊烷及氢气，塔底富集异戊二烯、中间产物异戊烯及萃取剂DMF。异戊二烯粗产品进入下一工段精制，DMF返回萃取精馏塔循环利用。来自第三工段的异戊二烯粗产品进入萃取精馏隔壁塔进行分离，顶部隔板一侧分离出纯度较高的异戊二烯，另一侧分离出间戊二烯等杂质，底部分离出DMF。

异构化工段主要设备为反应器和精馏塔，各单元模块连接如图所示。各工段得到的正戊烷通过流股混合器混合加热后进入异构化反应器，反应后的产物通过压缩机加压，冷却器冷却后通入闪蒸罐进行气液分离，分离出的氢气进入精制工段，分离出的液相产品进入戊烷分离塔，塔顶分离出异戊烷，塔底为正戊烷富液。正戊烷循环回反应器，异戊烷进入脱氢工段。

反应器中反应配置如下图，平推流反应器中发生动力学反应1、2；转化率反应器中发生反应Z1、Z2、Z3。动力学反应基准选择体积摩尔浓度。

之前的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反应器参数进行优化，我们采用出口流股的异戊烷的摩尔流率为目标变量，操纵变量如反应器直径、反应器长度等均作为单变量进行优化，当异戊烷的摩尔分率保持稳定最大时，得到优化结果。

由图可得，当反应器直径大于3000mm时，产物质量流量保持稳定，故最优反应器直径为3000mm。

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。