温志坚 程建芳 顾伟锋
(浙江新和成股份有限公司,浙江 新昌 312500)
Advanced System for Process Engineering简称Aspen,是在1976~1981年由MIT主持、能源部赞助、55个高校和公司共同参与开发的一款基于序贯模块法的稳态模拟软件。
Aspen Plus拥有最完善的物性数据库、包含有近6000种纯组分的物性数据,拥有强大的热力学物性计算系统,以及各种单元操作模块。Aspen Plus在整个工艺装置从研发、工程到生产的生命周期中,提供了经过验证的巨大的经济效益。它将稳态模型的功能带到工程桌面,传递着无与伦比的模型功能和方便使用的组合。
Aspen Plus已广泛地应用于工厂设计、工艺方案比较、老装置改造、装置标定、开车指导、可行性研究、脱瓶颈分析、工程技术人员和操作人员的培训等领域,协助企业优化生产装置,降低生产成本和操作费用,以及节能降耗等,以获得巨大的经济效益。
公司在生产产品的过程中,每天会产生近35t的废醋酸混合溶剂,为了降低生产成本,需要从上述混合溶剂中提纯醋酸进行套用。从节约投资方向考虑,准备利用原有闲置精馏塔进行改造,应用Aspen Plus软件对精馏过程进行模拟计算,判定塔的改造方式以及寻找合适的操作条件。
原闲置塔的参数为塔径φ1200mm,提馏段高度为3000mm,精馏段高度为3000mm,填料为BX陶瓷板波纹填料.
要求塔的处理能力满足进料量为1500kg/h的废醋酸溶液。废醋酸溶液的组份分别为64%(w%)醋酐、34%(w%)醋酸及2%(w%)脚料(主要为硬脂酸丁酯)。通过精馏塔回收,使塔顶的醋酸含量≥98%,进而进行套用。
工艺流程见图1。
图1 醋酸精馏工艺流程示意图
Aspen Plus中有DSTWU、Distl、RadFrac、Batchsep等塔模型来计算和模拟精馏塔,其中RadFrac是一个严格的用于模拟各种类型的多级汽液分馏操作的模型,可以同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系,用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。因此选取此模块进行连续稳态模拟。
一般在相平衡模拟计算中常用的活度系数模型有WILSON方程、NRTL方程等。NRTL方程在表示二元和多元的汽液平衡方面是相当好的,能有效的关联化学品系统在低压下的性质,适用于完全互溶和部分互溶体系,同时能够准确的模拟非理想溶液汽液和液液平衡。
利用Aspen Plus中的模块库,选择RadFrac模块,定义流程涉及组分,选择热力学性质计算方法,输入进料条件和产品条件。
利用RadFrac模型带有内部的设计规定功能,通过设计规定(Design Specs):塔顶出馏物中醋酸含量≥98%;变化(Vary):回流比从0.5~3.5自动计算,计算结果如图2,从图中可看到Reflux Ratio=2.68时,比较合理。
通过逐板计算,可以得出R=2.68时,塔内的温度分布、塔内气相组成、塔内液相组成,见图3~图6。
图3 R=2.68塔内压力分布
图4 R=2.68塔内温度分布
从图3中可以看到,R=2.68时,塔顶压力为Ptop=0.2bar,塔釜压力为Pbottom==0.258bar。从图4中可以看到,R=2.68时,塔顶温度为Ttop=76.3℃、塔釜温度为Tbottom=102.9℃。
图5 R=2.68塔内液相组成
图6 R=2.68塔内气相组成
从图5~图6中分别可以看到,R=2.68时,塔顶出料组成,醋酸含量(w%)=98%醋酐含量(w%)=2%。
(1)该塔经工程安装投产后,实际操作数据为塔釜控制温度100℃,塔顶操作压力0.2bar,塔顶醋酸含量为98.1%,将实际记录的操作数据与模拟值(98%)进行比较,数据吻合良好。
(2)通过实践证明,采用Aspen软件中的NRTL模型能够很好的适用于醋酸-醋酐汽-液平衡体系。
(3)回流比变化,塔板温度、热负荷、醋酸浓度都发生变化,在满足醋酸质量的情况下,可以通过调节回流比来模拟操作工况,以便确定更经济、更稳定的操作条件,对实际生产有很好的指导作用。
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