基于aspenform的天然氣乙醛精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì)

醋酸乙烯（vac）是世界上產(chǎn)量高的原料之一。vac的生產(chǎn)工藝主要包括乙醚法和乙醚法。在國(guó)外，乙烯相法主要用于起草，在中國(guó)，乙烯相法主要用于捍衛(wèi)商品（電石乙烯和天然氣）的生產(chǎn)。本文所研究的是某企業(yè)天然氣乙炔氣相法VAc生產(chǎn)裝置,該裝置系從國(guó)外引進(jìn),以天然氣制成的提濃乙炔和醋酸為主要原料,醋酸鋅活性炭為催化劑,固定床氣相合成VAc。自引進(jìn)以來,該裝置經(jīng)過一系列改造,用復(fù)合斜孔塔板代替原篩板塔板,以提高VAc精餾系統(tǒng)的生產(chǎn)能力;將乙醛回收塔由加壓操作改為常壓操作;針對(duì)乙醛分離塔乙醛難回收問題,對(duì)粗餾系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了80%以上的乙醛回收率。為了進(jìn)一步分析裝置的運(yùn)行狀況,提高生產(chǎn)效率,本文對(duì)該VAc裝置的乙醛分離塔進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析考查了包括側(cè)線采出的各主要操作參數(shù)對(duì)乙醛、丙酮的純度和收率的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。1粗vac的來源VAc合成過程中伴隨著多個(gè)副反應(yīng),從VAc合成反應(yīng)器中出來的混合氣體含有反應(yīng)產(chǎn)物VAc、未反應(yīng)的原料醋酸和乙炔,以及副產(chǎn)物乙醛、丁烯醛、丙酮等。該混合氣首先經(jīng)冷凝得到粗VAc,粗VAc經(jīng)脫氣塔脫去溶解性氣體后,進(jìn)入VAc粗餾塔,從塔頂?shù)玫降妮p組分進(jìn)入輕組分系統(tǒng),輕組分系統(tǒng)主要有乙醛精餾塔和丙酮萃取塔。本文所研究的乙醛精餾塔采用斜孔板,塔板數(shù)為54,用再沸器加熱,有側(cè)線采出,塔頂產(chǎn)品為精乙醛,側(cè)線采出丙酮、VAc等。釜液排污水處理。其工藝流程見圖1。2水溶液的相互作用能物性數(shù)據(jù)選用AspenPlus11.1軟件包中的數(shù)據(jù)庫(kù),而熱力學(xué)方法根據(jù)體系特點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn),選擇NRTL活度系數(shù)法,NRTL方程如下:其中:下標(biāo)i,j,k,l分別代表不同的組分;xj,xk,xl分別為組分j,k,l的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);ri為組分i在液相中的活度系數(shù);τji=dji/RT為NRTL方程參數(shù);Gji=exp(-djiτji)為溶液的相互作用能;xji為溶液的有序特性參數(shù),其值定在0.2~0.47之間;R=8.314J.mol-1·K-1為通用氣體常數(shù);τ為液相溫度,單位為K。乙醛精餾塔選用RadFrac嚴(yán)格核算模型。3乙烷精餾塔的實(shí)際施工計(jì)算3.1塔盤、塔底、丙酮的測(cè)定以乙醛精餾塔實(shí)際工況為基礎(chǔ)建立模型。乙醛精餾塔為板式塔,塔盤采用復(fù)合斜孔塔板,塔頂冷凝器用循環(huán)冷卻水冷凝,塔底用再沸器加熱,進(jìn)料位置為第28板,提餾段側(cè)線采出丙酮等,測(cè)出量約為139.5kg/h。其進(jìn)料組成及工藝參數(shù)見表1。3.2數(shù)據(jù)分析運(yùn)用AspenPlus流程模擬軟件對(duì)該精餾過程進(jìn)行模擬,其模擬值與實(shí)際工況數(shù)據(jù)比較結(jié)果見表2。由表2數(shù)據(jù)可知:模擬結(jié)果與實(shí)際工況數(shù)據(jù)吻合良好,塔頂產(chǎn)品中乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.8%,乙醛回收率為98.6%,側(cè)線產(chǎn)品中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.9%,丙酮回收率為99.9%。4反應(yīng)物理分析及優(yōu)化在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上,利用AspenPlus的ModelAnalysisTools,對(duì)乙醛精餾塔的側(cè)線采出和各主要操作參數(shù)進(jìn)行了分析及初步優(yōu)化。4.1線出出位置及采出量乙醛精餾塔在側(cè)線采出副產(chǎn)品丙酮,該側(cè)線采出為提餾段氣相采出,在塔壓、回流比一定的情況下,側(cè)線采出位置及采出量將對(duì)分離效果、塔溫等產(chǎn)生一定的影響。4.1.1布出中丙酮純度的影響圖2為側(cè)線采出量恒定為139.5kg/h時(shí),采出塔板位置對(duì)塔頂產(chǎn)品中乙醛純度和側(cè)線采出中丙酮純度的影響。由圖可知,側(cè)線采出量不變時(shí),塔頂產(chǎn)品中乙醛含量幾乎不受側(cè)線采出塔板位置的影響,當(dāng)側(cè)線采出塔板大于第50板時(shí),側(cè)線采出中丙酮含量減小。保持原采出位置第41板不變,塔頂乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)約98.78%,側(cè)線采出中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)約19.87%。4.1.2微生物投加量對(duì)驅(qū)油效果的影響側(cè)線采出量對(duì)產(chǎn)品純度的影響見圖3。由圖可知,在塔壓及回流比一定的情況下,增大側(cè)線采出量,塔頂產(chǎn)品中乙醛含量幾乎不變,側(cè)線采出中丙酮含量減小。這是由于增大側(cè)線采出量時(shí),采出流股中輕組分乙醛的流量增加明顯,而丙酮、醋酸、VAc等組分的流量變化很小。這也使得采出溫度下降,乙醛回收率降低。側(cè)線采出量對(duì)塔溫和乙醛回收率的影響分別見圖5、圖4。由以上分析知,在不影響產(chǎn)量的情況下,將側(cè)線采出量適當(dāng)降低,可提高乙醛的收率和側(cè)線采出中丙酮的含量,但采出量降低會(huì)導(dǎo)致塔頂產(chǎn)品流量增加,塔頂熱負(fù)荷增加,能耗加大,故綜合考慮側(cè)線采出量確定為135kg/h。4.2回流比的影響如圖6所示,隨著回流比的增加,塔頂產(chǎn)品中乙醛含量增加,而側(cè)線采出中丙酮含量變化很小。當(dāng)塔頂回流比大于5時(shí),再增大回流比,塔頂乙醛含量幾乎不變,而隨著回流比的增大,塔底再沸器熱負(fù)荷將增加,操作費(fèi)用增大,故在滿足分離要求的前提下,回流比應(yīng)控制在5~5.5之間。如圖7所示,當(dāng)進(jìn)料塔板大于16板,進(jìn)料位置對(duì)產(chǎn)品純度的幾乎無影響,塔頂乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為98.77%,側(cè)線采出丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為19.88%。4.3優(yōu)化后模擬結(jié)果通過以上分析,現(xiàn)將回流比設(shè)為5,進(jìn)料塔板位置設(shè)為第28板,側(cè)線采出位置設(shè)為第41板,側(cè)線采出量設(shè)為135kg/h,對(duì)乙醛精餾塔進(jìn)行優(yōu)化后的模擬,其模擬結(jié)果見表3。經(jīng)優(yōu)化后,乙醛回收率可達(dá)99.5%,塔頂產(chǎn)品中乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.8%,側(cè)線采出液中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.5%,丙酮回收率為99.9%。乙醛回收率及側(cè)線采出中丙酮的含量都有所提高,同時(shí),回流比的減小節(jié)省了操作費(fèi)用。5操作條件分析及優(yōu)化(1)運(yùn)用AspenPlus流程對(duì)乙醛精餾塔進(jìn)行的模擬計(jì)算結(jié)果顯示:塔頂產(chǎn)品中乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.8%,乙醛回收率為98.6%,側(cè)線產(chǎn)品中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.9%,丙酮回收率為99.9%,模擬值與實(shí)際值吻合良好。(2)側(cè)線采出位置在提餾段,其采出板位置對(duì)分離效果影響較小。在41板左右采出時(shí),塔頂乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為98.78%,側(cè)線采出中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為19.87%。在塔壓及回流比一定的情況下,隨側(cè)線采出量增加,塔頂流量減小,回流量相對(duì)增加,塔頂乙醛含量變化較小,側(cè)線丙酮含量減小。經(jīng)分析,適宜側(cè)線采出量約為135kg/h;(3)分析