王宏賓(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

Aspen Plus模擬計(jì)算軟件在氯化氫吸收與解析化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王宏賓(神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

氯化氫的吸收與鹽酸的解析化工過程設(shè)計(jì)需要大量物性參數(shù)和模型計(jì)算，應(yīng)用工程軟件高效的完成過程模擬和計(jì)算可節(jié)省大量時(shí)間、資金和人力。本文綜述了Aspen Plus模擬軟件在氯化氫吸收與解析化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，就化工過程模擬方法進(jìn)行了探討。

Aspen Plus;氯化氫;吸收;解析

Aspen Plus工程軟件是集物性分析、單元設(shè)備模型和流程模擬于一體的通用計(jì)算軟件[1]，該軟件具有豐富的物性數(shù)據(jù)系統(tǒng)和適用于不同場合的物性方法，為科學(xué)研究、工業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理等提供可靠的理論依據(jù)。

鹽酸和氯化氫氣體是重要的化工產(chǎn)品，廣泛用于石油化工、冶金、制藥等行業(yè)。近年來隨著氯堿、有機(jī)硅、稀土等行業(yè)快速發(fā)展，生產(chǎn)過程中副產(chǎn)大量低濃度的鹽酸，且鹽酸中含有機(jī)物、雜質(zhì)離子等而無法直接使用，因此，通過解析工藝將副產(chǎn)鹽酸生成高附加值的氯化氫氣體，成為該類鹽酸主要的利用途徑。本文就基于Aspen Plus模擬軟件在氯化氫吸收與解析化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述和探討。

1 氯化氫吸收制備鹽酸工藝流程模擬

1.1 氯化氫吸收工藝描述

氯化氫吸收制備鹽酸通常采用多級(jí)吸收工藝，其中多級(jí)填料塔串聯(lián)使用，氯化氫氣體則順次進(jìn)入多級(jí)填料吸收塔進(jìn)行鹽酸吸收，新鮮水從最后一級(jí)塔頂部注入，每級(jí)塔底采出部分稀酸返回前一級(jí)塔頂作為吸收液。

1.2 Aspen Plus模擬計(jì)算

Aspen Plus模擬計(jì)算氯化氫吸收制備鹽酸時(shí)填料吸收塔是主要模塊，其模擬選用RadFrac模型，該模型屬于一個(gè)嚴(yán)格模型，主要用來模擬兩相或三相體系的精餾、吸收等類型操作。模擬流程如圖1所示。選用ELECNRTL物性方法，靈敏度分析法研究工藝參數(shù)的變化對系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的影響。輸入初始進(jìn)料條件及設(shè)計(jì)規(guī)定，對裝置運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行模擬計(jì)算。

繆暉[2]等用Aspen Plus模擬了1000 Kt/a Deacon工藝中氯化氫吸收塔的設(shè)計(jì)，在輸條件為：塑料鮑爾環(huán)散堆填料規(guī)格為Φ38mm×3mm，溫度80℃，壓力0.285 MPa，塔高4.0 m，塔徑2.34 m，吸收劑流量為10.379 t/h，計(jì)算得到氯化氫的吸收率達(dá)到80%，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。楊紫琪[3]等對改良西門子法尾氣中氯化氫回收工藝進(jìn)行了模擬，采用靈敏度分析方法研究了體系中各操作參數(shù)對氯化氫吸收效果的影響，進(jìn)而獲得優(yōu)化的操作參數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明：吸收劑的初始溫度對氯化氫吸收效率影響最大，吸收劑的流量影響次之，混合氣進(jìn)塔的溫度影響較小。

2 鹽酸解析制備氯化氫工藝流程模擬

2.1 鹽酸解析工藝描述

鹽酸解析是將鹽酸預(yù)熱后送至解析塔，經(jīng)過再沸器加熱后的氣液混合物在解析塔底沸騰，含高濃度HCl的蒸汽在解析塔內(nèi)上升并與塔頂噴淋而下的鹽酸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，利用蒸汽的潛熱使鹽酸中的HCl解析出來，氣體再經(jīng)過冷凝器冷卻脫水，獲得高純度氯化氫氣體[4]。

2.2 Aspen Plus模擬計(jì)算

Aspen Plus模擬鹽酸解析制備氯化氫氣體流程，選用塔RadFrac模型，F(xiàn)lash2模塊模擬計(jì)算分離出的氯化氫氣體和水，Heater模塊模擬計(jì)算冷凝氯化氫氣體中的水，模擬流程如圖2所示。物性方法選用PR[5]、NRTL[6]。采用靈敏度分析法研究工藝參數(shù)的變化對系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的影響。輸入初始進(jìn)料條件及設(shè)計(jì)規(guī)定，對裝置運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行模擬計(jì)算。

馬海龍[5]等模擬了以氯化鈣為萃取劑條件下的低濃度鹽酸解析工藝，選用PR物性方法，在計(jì)算物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上，分析了冷凍溫度對氯化氫氣體品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，該工藝優(yōu)化后的冷凍溫度為-22℃，較常規(guī)冷凍溫度調(diào)高了39℃，有利于節(jié)能。吳瑩瑩[6]等提出一種稀鹽酸中回收氯化氫的分壁式萃取精餾工藝，采用濃硫酸作為萃取劑，采用軟件靈敏度分析工具對原料進(jìn)料位置、萃取劑進(jìn)料位置、回流比進(jìn)行了優(yōu)化，與常規(guī)萃取精餾工藝進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：在滿足分離要求前提下，分壁式萃取精餾工藝能耗更低和設(shè)備投資更小，再沸器和冷凝器負(fù)荷分別降低了14.2 %和15.4 %，并且比常規(guī)萃取精餾工藝節(jié)省了一個(gè)精餾塔的相關(guān)附屬設(shè)備。

圖1 Aspen Plus氯化氫吸收模型圖[2]

3 結(jié)語

本文對Aspen Plus軟件模擬在氯化氫吸收與解析化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。軟件模擬選擇合適的單元操作模型如：Flash2、Heater和RadFrac，選擇合適的物性方法如：ELECNRTL、PR和NRTL，利用靈敏度分析工具研究工藝參數(shù)的變化對系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的影響，進(jìn)而獲得優(yōu)化的操作參數(shù)。通過將計(jì)算機(jī)模擬引用到實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，可以完成復(fù)雜的計(jì)算工作和預(yù)測裝置的運(yùn)行結(jié)果，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，對實(shí)際生產(chǎn)具有良好的指導(dǎo)意義。

[1]孫蘭義.化工流程模擬實(shí)訓(xùn)—Aspen Plus教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012：1-3.

[2]繆暉,趙桂新,馬斌全.100kt/a Deacon工藝中氯化氫吸收塔的設(shè)計(jì)[J].化學(xué)世界,2015,56(11)：653-655.

[3]楊紫琪,張博.改良西門子法尾氣回收中影響氯化氫吸收因素的模擬分析[J].化工時(shí)刊,2016,30(7)：24-25.

[4]鄧芝強(qiáng).鹽酸解析工藝路線的比較[J].廣州化工,2012,40(18)：122-124.

[5]馬海龍,賈小平,項(xiàng)曙光.用Aspen軟件模擬計(jì)算HCI回收[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2008,29(5)：16-19.

[6]吳瑩瑩，鄔慧雄，屈艷莉.稀鹽酸中回收氯化氫的分壁式萃取精餾工藝[J].化學(xué)工程,2015,43(10)：69-72.

圖2 鹽酸解析產(chǎn)氯化氫氣體模型圖[5]