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        氯乙烯精餾過程Aspen模擬

        2014-10-17 09:18:52
        應(yīng)用化工 2014年7期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化

        韓 飛

        (長(zhǎng)安大學(xué)理學(xué)院,陜西西安 710064)

        近些年來,隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)聚氯乙烯(PVC)的需求快速增加,應(yīng)用范圍也在逐步提高,國(guó)內(nèi)的PVC產(chǎn)量已經(jīng)逐漸不能迎合市場(chǎng)的需求[1],而改良生產(chǎn)PVC的裝置成為一個(gè)可行的突破口[2]。在生產(chǎn)PVC的時(shí)候,尤其是氯乙烯的精餾,是非常關(guān)鍵的一個(gè)過程[3]。以往的科學(xué)家為了討論不同的熱力學(xué)模型,用了很多不同的化工流程模擬軟件,做了精餾塔物料衡算及精餾塔熱量的衡算[4-7],可極少有人對(duì)操作參數(shù)是否會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)做出研究分析。

        本文將以化工過程模擬軟件Aspen Plus為工具,研究氯乙烯分離工藝,建立粗氯乙烯的流程模擬系統(tǒng)[8-9]。分析討論操作參數(shù)是否會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。

        1 精餾塔的模擬分析

        恰當(dāng)?shù)倪x擇一個(gè)熱力學(xué)模型,可以大大提高計(jì)算的物性的精確度[10],甚至?xí)绊懙侥M結(jié)果的精確程度。Aspen Plus軟件提供的有通用化學(xué)方程(UNIQUAC)、有規(guī)雙液方程(NRTL)以及威爾遜方程(Wilson)。該體系的分離模擬計(jì)算,以上3種模型都適用,而利用NRTL模型計(jì)算的結(jié)果最佳。

        表1 低沸塔及高沸塔輸入數(shù)據(jù)Table1 The input data of low boiling tower and high boiling tower

        圖1為氯乙烯精餾工藝流程簡(jiǎn)圖。

        圖1 精餾塔工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of distillation column

        粗氯乙烯首先進(jìn)入低沸塔(T1),從塔釜輸出經(jīng)緩沖槽(B)進(jìn)入高沸塔(T2)。進(jìn)料液中VC摩爾分?jǐn)?shù)為 98.76%;重組分為 1,2-二氯乙烷(EDC),摩爾分?jǐn)?shù)為0.53%;輕組分為乙炔 (C2H2),摩爾分?jǐn)?shù)為0.11%;其余為水。其中C2H2等低沸點(diǎn)雜質(zhì)通過T1首先從塔頂被采出,EDC等高沸點(diǎn)雜質(zhì)經(jīng)高沸塔從塔釜吸收,最后精VC由高沸塔塔頂產(chǎn)出。使用Aspen Plus中的靈敏度分析模塊,可以方便的確定過程對(duì)關(guān)鍵操作變量和設(shè)計(jì)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中涉及到的靈敏度參數(shù)有回流比R、餾出比D/F以及進(jìn)料位置F。

        1.1 低沸塔靈敏度分析

        1.1.1 餾出比和塔頂氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系 由圖2可知,隨著餾出比的增加,塔頂氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)快速上升,并在0.3處達(dá)到最高,之后氯乙烯含量趨于穩(wěn)定,不再增加。

        圖2 低沸塔餾出比和塔頂氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線Fig.2 Relation between distillate to feed ratio and VCcontent at the tower top for the low-boiler tower

        1.1.2 餾出比和塔釜出料氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系見圖3。

        由圖3可知,隨著餾出比增加,塔釜VC的摩爾分?jǐn)?shù)短暫的上升,D/F=0.3時(shí)達(dá)到最大值,然后隨著D/F的增大而不斷減小。故餾出比0.3時(shí)為最佳。

        圖3 低沸塔餾出比和塔釜氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線Fig.3 Relation between distillate to feed ratio and VCcontent at the tower bottom for the low-boiler tower

        1.1.3 回流比R 規(guī)定塔板數(shù)和進(jìn)料位置,回流比增加,將導(dǎo)致塔釜溫度降低影響塔底產(chǎn)品的純度;減小回流比R,會(huì)導(dǎo)致氣液相間傳質(zhì)推動(dòng)力減小,無法保證產(chǎn)品質(zhì)量,低沸塔選定在第二塊板進(jìn)料,對(duì)冷凝器再沸器換熱量的靈敏度分析表明,最佳回流比為0.8。

        1.1.4 進(jìn)料位置F 隨著進(jìn)料板的位置下降,塔釜VCM含量逐漸增加,塔頂VCM含量逐漸減小,但再沸器熱負(fù)荷逐漸增加。因此,在保證塔釜出料純度的前提下,盡量降低低沸塔的操作費(fèi)用,選擇在第二塊塔板進(jìn)料是最合適的。

        1.2 高沸塔靈敏度分析

        1.2.1 D/F和高沸塔塔頂氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)關(guān)系見圖4。

        圖4 高沸塔餾出比和塔頂氯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線Fig.4 Relation between distillate to feed ratio and VCcontent at the tower top for the high-boiler tower

        由圖4可知,餾出比的增加導(dǎo)致塔頂純度先線性增加,在D/F 0.95時(shí)達(dá)到最大值,之后下降。故而最佳餾出比取0.95。

        1.2.2 高沸塔回流比 回流比增加,塔頂VCM 純度提高,塔釜出料VCM含量逐步降低,相應(yīng)的再沸器和冷凝器的換熱量也逐漸增大。但回流比大于0.9之后,塔頂出料VCM純度變化不大,而冷凝器和再沸器負(fù)荷增加較多??紤]到減少高沸塔的操作費(fèi)用,選取0.9作為最佳回流比。

        1.2.3 高沸塔進(jìn)料位置 塔頂氯乙烯濃度在進(jìn)料位置大于第四塊板以后趨于穩(wěn)定,且在第四塊板處達(dá)到最大,故取第四塊板為高沸塔進(jìn)料位置。

        2 模擬優(yōu)化結(jié)果

        模擬優(yōu)化結(jié)果見表2。

        表2 低沸塔及高沸塔優(yōu)化結(jié)果Table2 Low boiling tower and high tower’s optimization results

        3 結(jié)論

        應(yīng)用Aspen Plus對(duì)氯乙烯精餾的低沸塔和高沸塔進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明,低沸塔進(jìn)料位置在第二塊板時(shí)最佳,餾出比由0.25優(yōu)化到0.3,回流比由0.5優(yōu)化到0.8;高沸塔優(yōu)化為第四塊板進(jìn)料,餾出比從0.93優(yōu)化到0.95?;亓鞅葟?.8優(yōu)化到0.9。

        [1] 錢伯章,朱建芳.聚氯乙烯的市場(chǎng)分析和技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)氯堿,2005(11):1-5.

        [2] 劉志強(qiáng).如何看待電石法 PVC發(fā)展[J].聚氯乙烯,2006(6):45-46.

        [3] 王伯英.聚氯乙烯大全(第二卷)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1985.

        [4] 王文慶,李延輝.Aspen軟件在大型聚乙烯裝置上的應(yīng)用[J].合成樹脂及塑料,2004,21(3):43-46.

        [5] 楊國(guó)恒,彭昌軍,何秉忠.氯乙烯精餾塔的計(jì)算[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào),1999,21(4):13-16.

        [6] 吳雪妹.氯乙烯精餾中低沸塔系統(tǒng)的物料衡算電算法[J].聚氯乙烯,2001(1):49-56.

        [7] 廖麗華.氯乙烯精制裝置流程模擬[J].氯堿工業(yè),1994(11):22-23.

        [8] 趙琛琛.工業(yè)系統(tǒng)流程模擬利器Aspen Plus[J].電站系統(tǒng)工程,2003,19(2):56-58.

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        [10]戚一文,放運(yùn)進(jìn).物性估算在 ASPEN PLUS軟件中的應(yīng)用[J].浙江化工,2007,38(1):9-11.

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