王洪軍 揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 南京 210048

周 虹 南京醫(yī)藥化工設(shè)計(jì)研究院有限公司 南京 210004

設(shè) 計(jì)技 術(shù)

丁醛精餾塔流程模擬與優(yōu)化

王洪軍＊揚(yáng)子石油化工設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 南京 210048

周 虹 南京醫(yī)藥化工設(shè)計(jì)研究院有限公司 南京 210004

利用Aspen-plus流程模擬軟件對(duì)丁辛醇裝置丁醛精餾塔建立流程模擬模型,比較模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值,通過靈敏度分析,確定最佳操作參數(shù)條件。

丁醛 精餾塔 流程模擬 模型

250 kt/a丁辛醇裝置為揚(yáng)子-巴斯夫一體化工程9套工藝裝置之一,該裝置以丙烯、氧氣等為原料,經(jīng)過反應(yīng)和精餾等操作生產(chǎn)丁辛醇。丁辛醇主要應(yīng)用于油漆、樹脂和其它涂料的溶劑,還可用于制增塑劑等,在醫(yī)藥和工業(yè)上具有廣泛的用途。根據(jù)市場(chǎng)需求的變化,揚(yáng)子-巴斯夫進(jìn)行二期擴(kuò)能改造。為更好地服務(wù)于該改造項(xiàng)目,進(jìn)行250kt/a丁辛醇裝置丁醛精餾塔流程模擬及優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案,以提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 流程

來自上游裝置的含少量異丁醛、C12等的正丁醛物料進(jìn)正丁醛精餾塔進(jìn)行分離操作。塔頂出料為異丁醛和小分子混合物;塔底為正丁醛和C12等大分子混合物;設(shè)置側(cè)線采出作為主物料正丁醛出口,主物料經(jīng)冷凝后進(jìn)閃蒸罐,然后加壓冷卻送去儲(chǔ)存。正丁醛精餾塔流程見圖1。

圖1 正丁醛精餾塔流程示意圖

2 流程模擬

流程模擬是將由許多單元過程組成的化工流程用數(shù)學(xué)模型描述,并在計(jì)算機(jī)上通過改變各種條件(如回流比等)得到所需要的結(jié)果。用流程模擬系統(tǒng)來模擬工業(yè)流程,是工藝工程師進(jìn)行化工設(shè)計(jì)和優(yōu)化時(shí)常用的方法之一。因此,開發(fā)了一些用于流程模擬的軟件,應(yīng)用比較廣泛的有Aspen-plus、Pro-II等。Aspen-plus是Aspen Tech公司最早開發(fā)的穩(wěn)態(tài)模擬軟件,現(xiàn)已成為標(biāo)準(zhǔn)流程模擬軟件。該軟件包括由50多種單元設(shè)備模型組成的模型庫(kù)及5000種物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)庫(kù),在科研開發(fā)-工程設(shè)計(jì)-生產(chǎn)管理各個(gè)階段均有廣泛的應(yīng)用。

在Aspen-plus中,所有的單元操作模型都需要物性參數(shù)來計(jì)算而生成結(jié)果,因此物性方法選擇對(duì)模擬結(jié)果有決定性的影響。該精餾塔操作含正丁醛和異丁醛以及少量非極性體系,選用NRTL物性方法。

3 模擬計(jì)算結(jié)果與討論

正丁醛精餾塔為PALL環(huán)填料塔,選用RADFRAC模塊模擬,根據(jù)等板高度折算成130塊塔板,第55塊塔板進(jìn)料,主物料從第125塊塔板側(cè)線采出。根據(jù)資料及經(jīng)驗(yàn)取板效率為50%[1]。

3.1 模擬結(jié)果

正丁醛精餾塔設(shè)計(jì)工藝參數(shù)模擬計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 正丁醛精餾塔設(shè)計(jì)工藝參數(shù)模擬計(jì)算結(jié)果

正丁醛精餾塔各流股組成模擬計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 正丁醛精餾塔各流股組成模擬計(jì)算結(jié)果

正丁醛精餾塔塔頂和塔底負(fù)荷模擬計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 正丁醛精餾塔塔頂和塔底負(fù)荷模擬計(jì)算結(jié)果

由于原流程塔頂蒸氣冷凝后先經(jīng)過一個(gè)閃蒸罐,然后再回流,而在Aspen-plus RADFRAC模塊中沒有閃蒸罐,因此塔頂氣體和液體采出流股中小分子的組分含量模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值不一致。且此流股相對(duì)量比較小,對(duì)考察側(cè)線采出流股、塔頂液體采出流股和塔釜采出流股影響較小。其他模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值基本一致,因此從考察主要因數(shù)角度考慮,該模擬流程是符合本裝置,且是可靠的。

3.2 討論

3.2.1 進(jìn)料位置

進(jìn)料位置對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響見圖2。

圖2 進(jìn)料位置對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響

由圖2可以看出,隨進(jìn)料位置的下降,正丁醛的含量先增加后下降。在第55塊塔板進(jìn)料達(dá)到最大值,這是因?yàn)樘狃s段太高或太低都會(huì)影響整個(gè)塔的效率,所以選擇在第55塊塔板進(jìn)料。

3.2.2 側(cè)線采出位置

側(cè)線采出位置對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響見圖3。

圖3 側(cè)線采出位置對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響

由圖3可以看出,隨側(cè)線采出流股的位置的下降,側(cè)線采出流股正丁醛的含量先升后降,在第125塊塔板時(shí),達(dá)到最大值。選擇在第125塊塔板作為側(cè)線采出位置。

3.2.3 回流比

回流比對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響見圖4。

圖4 回流比對(duì)側(cè)線采出流股正丁醛含量的影響

由圖4可以看出,隨著回流比的增加,正丁醛的含量也增加,當(dāng)回流比增加到28時(shí),正丁醛的含量超過0.999,實(shí)際取的回流比為31.35。表4為兩種回流比條件下,塔頂、塔底負(fù)荷的變化。

表4 回流比R=31.35和R=28下塔頂塔底負(fù)荷

由表4可以看出,降低回流比可以減少塔頂冷凝器和塔底再沸器的負(fù)荷。因此在滿足側(cè)線采出正丁醛的含量要求的基礎(chǔ)上,可以適當(dāng)降低回流比,從而降低塔的負(fù)荷,節(jié)約操作成本。

4 結(jié)語

(1)通過NRTL物性方法對(duì)揚(yáng)-巴丁辛醇裝置正丁醛精餾塔進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)值基本一致。

(2)通過靈敏度分析,確定最佳的進(jìn)料和側(cè)線采出位置。

(3)在保證側(cè)線采出正丁醛含量的基礎(chǔ)上,可以適當(dāng)降低回流比,以使精餾塔的負(fù)荷有下降的空間。

1 汪鎮(zhèn)安等.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.7.

Build up the simulation model of the butyraldehyde distillation column process in butyl and octanol unit by using Aspen-plus process simulation software and compare the simulation result with the design value. Determine the optimal operation parametrical condition by using the sensitivity analysis.

Simulation and Optimization of Butyraldehyde Distillation Column Process

Wang Hongjun,et al
(Nanjing Yangzi Petrolchem icalDesign Engineering Company,Nanjing210048)

butyraldehyde distillation column process simulation model

＊王洪軍:助理工程師。2007年畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)獲碩士學(xué)位。一直從事工程設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(025) 57785888-3506。

(修改回稿2011-03-02)