溫志堅(jiān) 程建芳 顧偉鋒

（浙江新和成股份有限公司，浙江 新昌 312500）

Advanced System for Process Engineering簡(jiǎn)稱Aspen，是在1976～1981年由MIT主持、能源部贊助、55個(gè)高校和公司共同參與開發(fā)的一款基于序貫?zāi)K法的穩(wěn)態(tài)模擬軟件。

Aspen Plus擁有最完善的物性數(shù)據(jù)庫(kù)、包含有近6000種純組分的物性數(shù)據(jù)，擁有強(qiáng)大的熱力學(xué)物性計(jì)算系統(tǒng)，以及各種單元操作模塊。Aspen Plus在整個(gè)工藝裝置從研發(fā)、工程到生產(chǎn)的生命周期中，提供了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的巨大的經(jīng)濟(jì)效益。它將穩(wěn)態(tài)模型的功能帶到工程桌面，傳遞著無(wú)與倫比的模型功能和方便使用的組合。

Aspen Plus已廣泛地應(yīng)用于工廠設(shè)計(jì)、工藝方案比較、老裝置改造、裝置標(biāo)定、開車指導(dǎo)、可行性研究、脫瓶頸分析、工程技術(shù)人員和操作人員的培訓(xùn)等領(lǐng)域，協(xié)助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)裝置，降低生產(chǎn)成本和操作費(fèi)用，以及節(jié)能降耗等，以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工藝過(guò)程簡(jiǎn)述

公司在生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程中，每天會(huì)產(chǎn)生近35t的廢醋酸混合溶劑，為了降低生產(chǎn)成本，需要從上述混合溶劑中提純醋酸進(jìn)行套用。從節(jié)約投資方向考慮，準(zhǔn)備利用原有閑置精餾塔進(jìn)行改造，應(yīng)用Aspen Plus軟件對(duì)精餾過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，判定塔的改造方式以及尋找合適的操作條件。

原閑置塔的參數(shù)為塔徑φ1200mm，提餾段高度為3000mm，精餾段高度為3000mm，填料為BX陶瓷板波紋填料.

要求塔的處理能力滿足進(jìn)料量為1500kg/h的廢醋酸溶液。廢醋酸溶液的組份分別為64％（w％）醋酐、34％（w％）醋酸及2％（w％）腳料（主要為硬脂酸丁酯）。通過(guò)精餾塔回收，使塔頂?shù)拇姿岷俊?8％，進(jìn)而進(jìn)行套用。

工藝流程見圖1。

圖1 醋酸精餾工藝流程示意圖

2 計(jì)算模型與模塊的選取

Aspen Plus中有DSTWU、Distl、RadFrac、Batchsep等塔模型來(lái)計(jì)算和模擬精餾塔，其中RadFrac是一個(gè)嚴(yán)格的用于模擬各種類型的多級(jí)汽液分餾操作的模型，可以同時(shí)聯(lián)解物料平衡、能量平衡和相平衡關(guān)系，用逐板計(jì)算方法求解給定塔設(shè)備的操作結(jié)果。因此選取此模塊進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)態(tài)模擬。

一般在相平衡模擬計(jì)算中常用的活度系數(shù)模型有WILSON方程、NRTL方程等。NRTL方程在表示二元和多元的汽液平衡方面是相當(dāng)好的，能有效的關(guān)聯(lián)化學(xué)品系統(tǒng)在低壓下的性質(zhì)，適用于完全互溶和部分互溶體系，同時(shí)能夠準(zhǔn)確的模擬非理想溶液汽液和液液平衡。

3 模型的計(jì)算

利用Aspen Plus中的模塊庫(kù)，選擇RadFrac模塊，定義流程涉及組分，選擇熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算方法，輸入進(jìn)料條件和產(chǎn)品條件。

利用RadFrac模型帶有內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)定功能，通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定（Design Specs）：塔頂出餾物中醋酸含量≥98％；變化（Vary）：回流比從0.5～3.5自動(dòng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2，從圖中可看到Reflux Ratio=2.68時(shí)，比較合理。

通過(guò)逐板計(jì)算，可以得出R=2.68時(shí)，塔內(nèi)的溫度分布、塔內(nèi)氣相組成、塔內(nèi)液相組成，見圖3～圖6。

圖3 R=2.68塔內(nèi)壓力分布

圖4 R=2.68塔內(nèi)溫度分布

從圖3中可以看到，R=2.68時(shí)，塔頂壓力為Ptop=0.2bar，塔釜壓力為Pbottom==0.258bar。從圖4中可以看到，R=2.68時(shí)，塔頂溫度為Ttop＝76.3℃、塔釜溫度為Tbottom=102.9℃。

圖5 R=2.68塔內(nèi)液相組成

圖6 R=2.68塔內(nèi)氣相組成

從圖5～圖6中分別可以看到，R=2.68時(shí)，塔頂出料組成，醋酸含量（w％）=98％醋酐含量（w％）=2％。

4 結(jié)論

（1）該塔經(jīng)工程安裝投產(chǎn)后，實(shí)際操作數(shù)據(jù)為塔釜控制溫度100℃，塔頂操作壓力0.2bar，塔頂醋酸含量為98.1％，將實(shí)際記錄的操作數(shù)據(jù)與模擬值（98％）進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)吻合良好。

（2）通過(guò)實(shí)踐證明，采用Aspen軟件中的NRTL模型能夠很好的適用于醋酸-醋酐汽-液平衡體系。

（3）回流比變化，塔板溫度、熱負(fù)荷、醋酸濃度都發(fā)生變化，在滿足醋酸質(zhì)量的情況下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)回流比來(lái)模擬操作工況，以便確定更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定的操作條件，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有很好的指導(dǎo)作用。

［1］李蒙.Aspen模擬反應(yīng)精餾生產(chǎn)醋酸甲酯及工業(yè)化探討［J］.化工設(shè)計(jì)2010，20（4）：3-7.

［2］趙毅，吳雪梅，潘艷秋，等.精餾操作型問(wèn)題的討論［J］.化工高等教育，2008（5）：92-97.

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