楊振軍

(濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

【產(chǎn) 品】

Aspen Plus模擬分析氯醇化法環(huán)氧丙烷精餾

楊振軍

(濱化集團股份有限公司，山東 濱州 256619)

Aspen Plus；環(huán)氧丙烷；精餾；模擬

采用Aspen Plus對氯醇化法環(huán)氧丙烷精餾系統(tǒng)進行模擬，模擬值與實際值基本吻合；分析了進料板位置和理論板數(shù)對精餾塔的影響，并確定了精餾參數(shù)。

環(huán)氧丙烷是一種重要的基礎有機化工原料，隨著下游產(chǎn)品對環(huán)氧丙烷的需求不斷增長，優(yōu)化環(huán)氧丙烷裝置具有非常重要的意義。精餾工序是環(huán)氧丙烷生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，優(yōu)化精餾參數(shù)是環(huán)氧丙烷裝置提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗、控制投資的重要內(nèi)容。

Aspen Plus模擬軟件可以對化工過程的規(guī)劃、研究、開發(fā)及技術(shù)的可靠性進行分析，達到優(yōu)化裝置的目的[1]?，F(xiàn)采用Aspen Plus模擬軟件對氯醇化法環(huán)氧丙烷的精餾進行分析。

1 工藝參數(shù)確定

本次模擬以艾斯本公司的Aspen Plus和濱化集團股份有限公司(以下簡稱“濱化集團”)環(huán)氧丙烷精餾進料組成為基礎。環(huán)氧丙烷精餾塔的進料量取12 300 kg/h，組成如下：w(環(huán)氧丙烷)=93%,w(二氯丙烷)=2.849 55%,w(丙醛)=1.18%,w(α-氯丙醇)=1.17%,w(水)=1%,w(乙醛)=4.5×10-6,w(二氯異丙醚)=0.8%。進料溫度46 ℃，塔頂壓力107 kPa，塔釜壓力159.5 kPa，產(chǎn)品要求塔頂總?cè)┵|(zhì)量分數(shù)小于20×10-6。

通過Aspen Plus中的DSTWU設計模塊測算精餾塔的工藝參數(shù)[2]，模擬流程圖見圖1。經(jīng)過DSTWU模擬測算，精餾塔實際回流比為3，理論塔板數(shù)為56，進料在第33塊塔板位置。此時，塔釜溫度77.2 ℃，塔頂溫度36 ℃。

圖1 環(huán)氧丙烷精餾模擬圖

采用Aspen Plus中回流比與理論板數(shù)分析功能，生成關(guān)系曲線(見圖2)，從關(guān)系曲線中可以看出55塊理論板后的曲線趨于平穩(wěn)。從經(jīng)濟合理性來確定，精餾塔可取56塊塔板，與模擬結(jié)果相吻合。

圖2 回流比與理論板數(shù)關(guān)系曲線

Fig.2 Relationship curve between reflux ratio and theoretical plate number

2 熱力學模型參數(shù)的確定

Aspen Plus模擬的精確度很大程度上取決于數(shù)學模型的選擇[3]。根據(jù)經(jīng)驗，進料中的組分多為極性物質(zhì)，因此采用NRTL模型作為精餾的熱力學模型，以DSTWU的計算結(jié)果為基礎，選用Radfrac模塊進行靜態(tài)模擬，運行結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過測算，結(jié)果與實際比較接近，因此采用NRTL模型符合該精餾塔的要求。

3 精餾塔內(nèi)分析

3.1 塔內(nèi)物質(zhì)的相對揮發(fā)度

進料中的組分較多，采用Aspen Plus中的相對揮發(fā)度曲線(如圖3所示)，以環(huán)氧丙烷為基準進行相對揮發(fā)度分析。本次精餾的目的是塔頂采出合格的產(chǎn)品，保證總?cè)┑暮?。由圖3可以看出：塔內(nèi)組分中環(huán)氧丙烷和丙醛的相對揮發(fā)度較小。由此可見：做好環(huán)氧丙烷和丙醛的分離是精餾的關(guān)鍵?？?cè)┑暮渴怯梢胰┖捅┕餐刂频模M分中乙醛的沸點最低，進料中的乙醛含量也制約著產(chǎn)品的總?cè)┖俊?/p>

圖3 精餾塔內(nèi)組分的相對揮發(fā)度

Fig.3 Relative volatility of components in rectifying tower

3.2 塔內(nèi)溫度和壓力分布

通過Aspen Plus中的繪圖導向生成塔內(nèi)溫度和壓力的分布曲線圖(如圖4、圖5所示)。由圖4、圖5可以看出：塔內(nèi)的壓力從塔頂?shù)剿灼椒€(wěn)升高(塔板按從上到下的順序計數(shù)，下同)；而塔內(nèi)的第49塊塔板之上的溫度是按一定的斜率平穩(wěn)升高，再向下溫度驟增。這是水、二氯丙烷和丙醛形成共沸體系所致(與圖3中的圖形相對應)。

圖4 塔內(nèi)溫度分布圖

3.3 塔內(nèi)液相組成的分布

利用繪圖導向生成塔內(nèi)液相組成分布曲線(見圖6)，可以直觀地了解塔內(nèi)各塔板上的液相組成分布，由圖6可以看出：塔內(nèi)液相組分分布比較合理，塔頂基本是環(huán)氧丙烷，塔釜中二氯丙烷含量最高，環(huán)氧丙烷幾乎沒有。這與精餾的預期效果基本相符，該精餾塔符合設計要求。

圖5 塔內(nèi)壓力分布圖

圖6 塔內(nèi)液相組成分布曲線

4 靈敏度分析

采用Aspen plus 中的靈敏度分析功能分別分析進料位置和理論板數(shù)對精餾塔熱負荷的影響，確定合適的進料位置和理論板數(shù)。

4.1 進料位置對熱負荷的影響

利用靈敏度分析進料板對再沸器和冷凝器負荷的影響，并生成圖7和圖8的關(guān)系曲線。從圖7、圖8可以看出：再沸器和冷凝器的負荷隨著進料位置的下移，負荷先減小后增大；在第38塊板處，冷熱負荷均較小。綜合考慮，進料板位置可以設置在第38塊板處。

4.2 理論板數(shù)對熱負荷的影響

同樣采用靈敏度分析繪制理論板數(shù)與再沸器和冷凝器負荷的關(guān)系曲線(如圖9、圖10所示)。再沸器和冷凝器的負荷隨著理論板數(shù)的增加逐漸降低，到55塊板時開始趨于平穩(wěn)。根據(jù)分析，可以取理論板數(shù)為56塊。

圖7 進料板位置與再沸器負荷關(guān)系曲線

5 塔板分析

在以上結(jié)果的基礎上，采用Aspen Plus進行再次模擬，并對塔板進行核算，運算結(jié)果如表2所示。塔板直徑2.2 m，開孔率為10%，最大液泛因子75.7%，最大降液管液位/板間距為0.322，核算數(shù)據(jù)比較合理。

圖8 進料板位置與冷凝器負荷關(guān)系曲線

圖9 理論板數(shù)與再沸器負荷關(guān)系曲線

圖10 理論板數(shù)與冷凝器負荷的關(guān)系曲線

表2 塔板效率匯總表

6 結(jié)論與建議

Aspen Plus模擬結(jié)果：精餾塔理論板數(shù)為56塊，從第38塊進料，回流比為3，塔板直徑2.2 m；開孔率為10%，最大液泛因子75.7%，最大降液管液位/板間距為0.322，塔釜再沸器負荷為5 112.38 kW。

濱化集團環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置精餾塔塔板為88塊，從第70塊進料，回流比3.1，塔直徑為2.2 m。按塔效率為0.55計，模擬結(jié)果換算后的實際生產(chǎn)塔板為102塊，進料在第69塊塔板位置，可實現(xiàn)總?cè)┵|(zhì)量分數(shù)控制在20×10-6以下。現(xiàn)精餾塔的實際運行結(jié)果是總?cè)┵|(zhì)量分數(shù)在20×10-6上下浮動，有時可達到30×10-6，須進一步改造優(yōu)化。

根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，產(chǎn)品中的乙醛和丙醛共同影響著總?cè)┖?。為保證產(chǎn)品總?cè)┖恳螅ㄗh改造方案如下。①精餾塔進料組成的控制。乙醛是影響產(chǎn)品總?cè)┖康闹匾蛩兀瑢s前一步的脫氫塔進行改造，降低精餾塔進料中的乙醛含量，確?？?cè)┖窟_標。②精餾塔改造。根據(jù)模擬結(jié)果增加精餾塔塔板，提高分離效率，降低丙醛的含量，實現(xiàn)總?cè)┖康目刂啤?/p>

采用Aspen Plus流程模擬軟件可以快速完成對精餾塔的分析和核算，對生產(chǎn)裝置的優(yōu)化具有重要的指導意義，協(xié)助企業(yè)進行產(chǎn)能提升，降低能源消耗，從而創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益。

[1] 李鋒，趙新堂，萬寶鋒.流程模擬軟件Aspen Plus在精餾塔設計中的應用[J].浙江化工，2014， 45(9)：48-51.

[2] 孫蘭義.化工流程模擬實訓-Aspen Plus教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014：88-89.

[3] 李群生，劉陽.氯乙烯精餾過程的Aspen Plus模擬分析[J].北京化工大學學報(自然科學版)2009，36(1)：5-8.

[編輯：董紅果]

Aspen Plus simulation analysis on distillation of epoxy propane produced by chlorohydrin

YANGZhenjun,ZHAOXuejun(Befar Group Co., Ltd., Binzhou 256619, China)

Aspen Plus；propylene oxide; distillation; simulation

Aspen Plus simulation was carried out on distillation system of epoxy propane produced by chlorohydrin method. Simulation value basically agreed with practical value. The influence of feed plate position and that of theoretical plate number on the distillation results were analyzed. The distillation parameters were determined.

楊振軍(1970—)，男，現(xiàn)任濱化集團股份有限公司總經(jīng)理助理。

2017-01-04， 趙學軍

TQ223.26

A

1008-133X(2017)04-0026-04