楊家軍　霍鳳華　崔吉成

摘 要：化工過程模擬軟件發(fā)展至今已被廣泛地應(yīng)用于化工過程的設(shè)計(jì)計(jì)算、操作評(píng)估和優(yōu)化中。該文應(yīng)用化工技術(shù)人員熟知的PROII軟件對(duì)丙烯腈的吸收過程進(jìn)行模擬研究。首先對(duì)年產(chǎn)20萬噸的丙烯腈生產(chǎn)過程吸收塔單元中的操作參數(shù)進(jìn)行分析，確定要優(yōu)化的參數(shù)。然后應(yīng)用PROII軟件對(duì)丙烯腈吸收塔進(jìn)行模擬，通過改變操作參數(shù)后模擬結(jié)果的比較對(duì)操作參數(shù)中的吸收水用量、側(cè)線采出量和吸收塔的操作壓力進(jìn)行了模擬分析，并得到相應(yīng)條件下的最佳值。

關(guān)鍵詞：丙烯腈 吸收 模擬 PROII

中圖分類號(hào)：TQ226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-0111-03

Abstract：Throughout its history，chemical process simulation software has been widely used in chemical process design，operational evaluation and optimization.As well known by chemical technicans，the PROII software was used for the simulation of the absorption process of acrylonitrile production plant in the study.Firstly，the operating parameters of the absorption process were analyzed to determine the optimization variables.After that， the absorption tower was simulated with PROII software.By comparing the simulation results of different conditions，the process parameters related to the sbsorption process were analyzed，such as the comsuption of absorption water and side withdrawing，and the operating pressure. The optimum values in the corresponding conditions were obtained.

Key Words：Acrylonitrile；Absorption；Simulation；PROII

丙烯腈作為重要的化工原料應(yīng)用前景廣闊。目前，雖然丙烷氨氧化制丙烯腈已有工業(yè)化實(shí)例，但丙烯腈生產(chǎn)裝置中的絕大多數(shù)仍是采用以丙烯、氨和空氣為原料的丙烯氨氧化生產(chǎn)工藝[1-2]。此工藝主要由流化床反應(yīng)器、驟冷中和作用的急冷塔、水吸收塔、回收塔、精制塔和廢物處理單元組成。生產(chǎn)過程中丙烯腈損失主要源于急冷、吸收和回收過程中的聚合和跑損[3]。在設(shè)備和操作參數(shù)合理的情況下吸收過程丙烯腈的損失與其他工段相比并不是最大的，但其作用和在流程中的位置決定其重要性。對(duì)于丙烯腈吸收過程的研究已有一些報(bào)導(dǎo)[4-5]?；み^程模擬軟件發(fā)展至今已被廣泛地應(yīng)用于化工過程的設(shè)計(jì)計(jì)算、操作評(píng)估和優(yōu)化中，該文應(yīng)用化工技術(shù)人員熟知的PROII軟件對(duì)丙烯腈的吸收過程進(jìn)行模擬，分析工藝參數(shù)對(duì)吸收過程的影響并進(jìn)行優(yōu)化。

1 吸收過程分析

丙烯腈生產(chǎn)中吸收過程主要由吸收塔構(gòu)成，流程如圖1所示。急冷后的氣相物料進(jìn)入吸收塔底部，液相物料經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔中下部；系統(tǒng)內(nèi)的貧水預(yù)熱塔底釜液后被冷卻后從塔頂進(jìn)入，吸收氣相物料中的丙烯腈、乙腈等，未被水吸收的氮?dú)狻⒀鯕獾葟乃斉懦?；吸收塔?cè)線采出液相先由低溫冷卻劑冷卻后與原料丙烯和氨換熱后返回吸收塔。吸收水用量對(duì)吸收效果的影響是直接的，并與冷卻費(fèi)用相關(guān)。吸收塔側(cè)線采出和回流對(duì)于降低吸收塔內(nèi)溫度進(jìn)而提高吸收效果起著重要的作用，若塔內(nèi)溫度較高丙烯腈從塔頂?shù)膿p失會(huì)加大。側(cè)線的采出要維持塔內(nèi)相應(yīng)采出位置的液位，因此其受到工藝操作參數(shù)和塔內(nèi)設(shè)備參數(shù)的共同限制。對(duì)于吸收塔另一個(gè)重要的量為操作壓力，操作壓力的增加會(huì)減少塔頂丙烯腈的損失；可如果過高會(huì)提高吸收塔溫度，進(jìn)而吸收效果會(huì)下降，雖可以通過側(cè)線和吸收水冷卻器將塔溫降到較低值，但這是極不經(jīng)濟(jì)的。下面就具體產(chǎn)量下的生產(chǎn)裝置中的吸收塔進(jìn)行模擬，從數(shù)據(jù)上進(jìn)一步分析。

2 吸收過程模擬

對(duì)于年產(chǎn)量為20萬噸的丙烯腈生產(chǎn)裝置（年生產(chǎn)時(shí)間為7 200 h），按照目前多數(shù)同類裝置中的進(jìn)料比例，和吸收、回收、精制過程丙烯腈損失率（3個(gè)過程總的損失率為1.5%）計(jì)算，得到如表1所示的吸收塔進(jìn)料表。

在PROII中定義各組分和進(jìn)料流股，熱力學(xué)模型選擇基于液相活度的汽液相NRTL方程，選用無冷凝器和再沸器的Ddistillation模塊模擬吸收塔。根據(jù)近似計(jì)算結(jié)果設(shè)置Ddistillation模塊中相應(yīng)數(shù)據(jù)為：理論級(jí)數(shù)選擇80，板效率定為0.6，塔頂壓力為120 kPa，側(cè)線采出量為48 847 kg/h，側(cè)線回流溫度為4℃，側(cè)線采出位置在第21塊板，急冷后冷凝器凝液的進(jìn)料位置在64塊板，求解方法選用I/O算法。模擬結(jié)果滿足丙烯腈吸收塔的工藝要求。在進(jìn)行對(duì)塔壓和側(cè)線采出量考慮之前，先對(duì)側(cè)線采出位置和急冷后冷凝器凝液進(jìn)料位置進(jìn)行優(yōu)化，其他條件不變，目標(biāo)為塔頂丙烯腈的流量最小，優(yōu)化后側(cè)線采出位置為25塊板，急冷后冷凝器凝液的進(jìn)料位置為62塊板。在此條件下重新對(duì)吸收塔進(jìn)行模擬。部分模擬結(jié)果如表2所示。

3 參數(shù)優(yōu)化

由表2的模擬結(jié)果看，塔頂采出中丙烯腈的流量很低，應(yīng)該說吸收效果很好，但從吸收水冷卻器的熱負(fù)荷來看其值是較大的，所以可認(rèn)為此工況下吸收水的量有可以減少的可能。其他參數(shù)不變改變吸收水流量，模擬結(jié)果如圖2所示。吸收水的量的下限值是不能低于側(cè)線采出的量。從圖中可看出隨著吸收劑量的減少塔頂丙烯腈量呈增加趨勢(shì)，同時(shí)吸收水冷卻器的熱負(fù)荷呈減少趨勢(shì)。而即使吸收水量降到可操作的最低值仍非常滿足吸收塔頂?shù)囊蟊╇媪髁浚钥蓪⑽账髁拷抵?67 500 kg/h。

此例中側(cè)線采出量的值是以最初吸收水量選取的，限制著吸收水量的進(jìn)一步減少，而從圖2顯示的結(jié)果來看，其值應(yīng)該設(shè)定得再低些也會(huì)滿足吸收要求。在此之前以467 500 kg/h為吸收水量，改變側(cè)線采出量對(duì)過程模擬，模擬結(jié)果如圖3所示。從圖中可知，當(dāng)側(cè)線采出量降到360 000 kg/h左右時(shí)，吸收塔已不能滿足吸收要求。隨著側(cè)線采出量的減少，側(cè)線冷卻器和側(cè)線換熱器的熱負(fù)荷都有減小的趨勢(shì)，而側(cè)線換熱器熱負(fù)荷的減少趨勢(shì)更大。從圖中側(cè)線冷卻器熱負(fù)荷變化并不是很大來看，側(cè)線采出的量可以在維持采出位置液位的前提下向高流量調(diào)節(jié)。因?yàn)閭?cè)線換熱器用于原料的預(yù)熱，冷卻器多消耗冷量的同時(shí)，換熱器將供給原料的熱量也更多，而且此時(shí)塔頂丙烯腈量會(huì)更低，吸收效果更好。對(duì)于此時(shí)側(cè)線采出量最優(yōu)值的確定需關(guān)聯(lián)吸收塔設(shè)備參數(shù)和操作費(fèi)用后求得，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)認(rèn)為在留有相應(yīng)操作裕量的情況下兼顧操作費(fèi)用，取側(cè)線采出量為4.1×105 kg/h為最佳值。

吸收水量和側(cè)線采出量均取上面所得值，改變吸收塔操作壓力對(duì)過程進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖4所示。由圖可看出操作壓力的增加會(huì)減少塔頂丙烯腈的損失，這與之前的分析是一致的，操作壓力最好不要低于120 kPa，否則會(huì)使丙烯腈損失明顯加大。隨著操作壓力的增加側(cè)線采出冷卻器的負(fù)荷不斷升高，原因在于壓力的升高使得采出液的溫度也有所升高，所需冷卻的負(fù)荷自然會(huì)加大，相應(yīng)的費(fèi)用也要增加。所以操作壓力并不是越高越好，從圖中分析取操作壓力125 kPa為最佳值。

4 結(jié)語

對(duì)于丙烯腈生產(chǎn)中吸收過程操作，吸收水用量可在設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上適量地減小以節(jié)約費(fèi)用；吸收塔的操作壓力因塔內(nèi)型式會(huì)有所不同，但最好在125 kPa左右較適宜。文章主要介紹丙烯腈吸收過程的模擬優(yōu)化，希望能對(duì)相應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作有一定意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳糧華.丙烯腈生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2007，26（10）：1369-1372.

[2] 顧約倫.旭化成將實(shí)現(xiàn)丙烷路線的丙烯腈工藝工業(yè)化[J].高橋石化，2008（10）：34.

[3] 李朔新，李德勝.丙烯腈裝置高負(fù)荷回收率提高的措施[J].化學(xué)工程師，2006，133（10）：39-42.

[4] 趙翌穎，史艷紅，程英超，等.丙烯腈生產(chǎn)工藝優(yōu)化研究[J].化工科技，2006，14（3）：46-48.

[5] 張平.21.2萬噸/年丙烯腈生產(chǎn)裝置回收和精制過程的模擬分析[D].上海：上海師范大學(xué)，2013.