基于ASPEN PLUS软件的正丁醇精馏工艺设计

刘瑞璨 李明哲 杨荣华 汪 海

（泰山医学院化工学院)

基于ASPEN PLUS软件的正丁醇精馏工艺设计

刘瑞璨*李明哲 杨荣华 汪 海

（泰山医学院化工学院)

利用ASPEN PLUS软件对某工厂正丁醇精馏工艺进行了流程设计及模拟。该流程采用分离非均相共沸物双塔流程。确定了精馏塔的塔板数及其它各工艺参数，为正丁醇废水回收工艺装置的技术改进提供了基础数据。

正丁醇 精馏工艺 流程设计 ASPEN PLUS软件

化工模拟系统软件 ASPEN PLUS(Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN)[1-2]，是生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。该系统规模庞大、功能齐全，被全球各大化工厂和石化、炼油等制造企业以及一些著名的工程公司广泛应用。

本文利用 ASPEN PLUS软件对某工厂正丁醇精馏工艺进行了流程设计及模拟。该流程采用分离非均相共沸物双塔流程。本设计确定了精馏塔的塔板数及其它各工艺参数，为正丁醇废水回收工艺装置的技术改进提供了基础数据。

1 工艺流程简介

某工厂在生产过程中产生一股约20 t高浓度有机废料，主要成分为正丁醇和水，产品中正丁醇的纯度>98.5%，正丁醇的回收率>95%。该工艺采用分离非均相共沸物双塔流程[3]，其模拟流程图如图1所示。

图1 非均相共沸物双塔模拟流程

该设计任务是分离正丁醇与水的混合物。正丁醇与水在常压下属于部分互溶物系，20℃时水在正丁醇中的溶解度约为20%（质量分数，下同），正丁醇在水中的溶解度约为7.8%，在常压下的共沸点为92.7℃，共沸组成正丁醇含量为57.5%。对于二元非均相共沸物的分离，本设计采用双塔共沸精馏。在第一次精馏过程中，原料预热后由塔顶进料，塔顶蒸汽冷凝至泡点以后进入分层器，静置分层，下层水相回流到精馏塔内，上层醇相作为要求产品采出，塔釜采出液几乎为纯水，用于预热原料后可直接排放。第一次精馏采出的产品作为第二次精馏的原料，塔顶泡点进料，塔顶蒸汽冷凝至泡点后进入分层器，静置分层，上层醇相回流到精馏塔，下层水相流至储罐，塔釜采出液为达到分离要求的正丁醇产品，冷凝到40℃后进入产品储罐。

2 ASPEN软件模拟过程主要工艺参数的确定

2.1 塔板数的确定

首先采用ASPEN PLUS软件中的DSTWU模块（简捷计算法）对设计任务进行模拟，模拟流程如图2所示。然后，就塔顶水的蒸出率对塔板数和再沸器热负荷的影响进行灵敏度分析，如图3所示。由图3可知，随着水的蒸出率的增加，塔板数逐渐减小，热负荷逐渐增大。综合考虑两因素，该设计选择的塔板数为10，此时水的蒸出率为0.048。

图2 简捷法模拟流程

图3 塔顶水的蒸出率对塔板数和再沸器热负荷的影响

下面以第一次共沸精馏为例，计算共沸精馏塔釜采出率B/F（塔釜物料流量/总物料流量）和进料流量。

2.2 第一次共沸精馏塔釜采出率B/F的确定

采用ASPEN PLUS软件中的RadFrac模块（严格计算法）对设计任务进行第一次精馏模拟，其流程如图2所示。根据灵敏度分析得到的数据作出图4。由图4可知，随着塔釜采出率B/F的增加，塔釜正丁醇的流量增加（塔顶正丁醇的回收率减小），再沸器热负荷减小。综合考虑两因素，选择B/F约为0.94。

图4 B/F对塔釜正丁醇流量的影响

2.3 第一次共沸精馏进料流量的确定

确定B/F之后，建立填料塔的模拟模型，选择CY700型填料，运用ASPEN PLUS就进料流量对塔径的影响进行灵敏度分析，如图5所示。由图5可知，塔径随进料流量的增大而增大，因设计任务要求该填料塔的塔径为600 mm，由图可确定进料流量为6400 kg/h。

图5 进料流量对塔径的影响

为了提高正丁醇蒸出率，进行了第二次精馏模拟，且方法与第一次相似，故在此不再详细叙述。下面将所设计的填料塔主要计算结果汇总如表1所示。

表1 填料塔设计计算结果

3 结论

本设计是对某工厂正丁醇精馏工艺的初步模拟。通过对不同的精馏流程进行模拟与计算可知，双塔流程精馏出的正丁醇的浓度较高，故采用双塔流程进行精馏。设计的关键环节是精馏塔工艺参数（如塔板数、塔釜采出率、进料流量等）的确定。

本设计对工艺中的主要数据运用ASPEN PLUS模拟软件进行了灵敏度分析，从而确定了各种工艺参数。本设计对废水中回收正丁醇工艺过程进行了模拟与优化，并对该装置与设备进行了节能优化，为正丁醇废水回收工艺装置的技术改进提供了基础数据。

[1]巩志海.硫磺制酸转化工序Aspen Plus流程模拟 [J].硫磷设计与粉体工程，2010（4）：4-8.

[2]程能林.溶剂手册 [M].第3版.北京：化学工业出版社，2002.

[3]李秀荣，石磊，徐金凤.生产均四甲苯难降解有机废水深度处理 [J].化学工业与工程，2012，19（5）：398-400.

[4]屈一新.化工过程数值模拟及软件 [M].第2版.北京：化学工业出版社，2010.

[5]林大钧，于传浩，杨静.化工制图 [M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]马江权，冷一欣.化工原理课程设计 [M].北京：中国石化出版社，2009.

[7]李谦，毛立群，房晓敏.计算机在化学化工中的应用[M].北京：化学工业出版社，2010.

Process Design of n-Butyl Alcohol Rectifying Based on ASPEN PLUS Software

Liu Ruican Li Mingzhe Yang Ronghua Wang Hai

The process of n-butyl alcohol rectifying is designed and simulated by ASPEN PLUS software,and the flow adopts the two-tower process that separating heterogeneous azeotrope.The process confirms the plate number of the rectifying column and other technological parameters,which provides fundamental data for improvement of the recovering equipment for wastewater containing n-butyl alcohol.

n-Butyl alcohol;Rectifying process;Process design;ASPEN PLUS

TQ 028

2013-06-17）

*刘瑞璨，女，1990年生。泰安市，271016。