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1、第27卷 內蒙古石油化工 53反應精餾過程模擬——ASPENPLUS應用范例楊緒壯 屈一新(內蒙古大學化學化工學院) 摘 要 本文利用ASPENPLUS軟件對環(huán)氧丙烷水解生成丙二醇的反應精餾過程進行模擬計算,對有關物系的相行為進行預測,并進行物性計算和流程模擬,指明了該反應過程的主反應區(qū)及其形成原因。關鍵詞 環(huán)氧丙烷 丙二醇 ASPEN 模擬 優(yōu)化 目前,國內外大多丙二醇生產(chǎn)裝置均采用水過量工藝。整個工藝復雜、投料大、選擇性低、單耗高。云〔1〕南玉溪天山化工有限公司采用反應精餾方法生產(chǎn)丙二醇使原料
2、消耗降低、選擇性提高。本文采用AS2PEN過程模擬軟件對反應精餾方法生產(chǎn)丙二醇的工藝過程進行模擬計算,計算結果與實際數(shù)據(jù)吻合較好。1 物系組成與流程111 物系組成對于我們所模擬的物系而言,所包含的物質共有4種。它們分別是環(huán)氧丙烷(C3H6O)、丙二醇(C3H8O2)、一縮丙二醇(C6H14O3)和水(H2O)。這四種物質在ASPEN純物質數(shù)據(jù)庫中都可以找到,因此,我們不需要計算純物質的物性數(shù)據(jù)。112 流程簡介云南玉溪天山化工有限公司采用五塔連續(xù)操作,即反應精餾塔、脫水塔、精餾塔、二丙塔、回收塔的〔1〕工藝。我們計算過程中,為了方便,我們采用
3、三塔連續(xù)操作,即反應精餾塔、脫水塔、精餾塔。見附圖1。物流走向為,水通過加料泵從塔頂加料;環(huán)氧丙烷(PO)通過加料泵從塔中部加料;經(jīng)過反應精餾塔,塔頂餾出物(大部分為水)返回反應精餾塔內;塔底餾出物進入脫水塔;脫水塔頂餾出物(主要成分為水)返回水加料泵;塔底(主要成分為丙二醇與二丙二醇)餾出物再進入精餾塔將丙二醇與二丙二醇分開。圖1 流程簡圖 反應精餾過程模擬——54ASPENPLUS應用范例 第27卷 其中,B1為反應精餾塔,B2為脫水塔,B3為精餾塔。2 模擬計算使用ASPEN做過程模擬計算,主要包含以下幾部分內容:
4、(1)物性計算。ASPEN給我們提供了40多種模型用于熱力學性質的計算,30多種模型用于物質傳遞性質的計算。同時還提供了象純組分數(shù)據(jù)庫、燃燒數(shù)據(jù)庫等多種用于模型計算的數(shù)據(jù)庫;(2)選擇單元操作計算模型。ASPEN模擬系統(tǒng)可以計算幾乎所有的單元操作過程,包括物流、混合與分散、閃蒸與換熱、分離過程、反應過程、泵及壓縮機等。其中對于分離過程,ASPEN提供了三個簡捷法蒸餾模型和4種嚴格多級分離模型;(3)計算方法的選擇。選擇適當?shù)挠嬎惴椒?將對計算過程收斂與否起著非常關鍵的作用。211 物性計算選擇的數(shù)學模型模型是否適當,將直接影響所計算的物性的準確
5、程度。從而影響到計算結果的精確度。由于本計算體系為極性很強的水醇體系,ASPEN建議我們使用象RK-ASPEN、SR-POLAR等〔2〕用于極性體系的模型進行熱力學性質的計算,但是,通過計算我們發(fā)現(xiàn),計算結果與實際數(shù)據(jù)有較大差異。因此,我們嘗試使用R-K方程計算氣相逸度系數(shù),UNIQUAC模型計算液相活度系數(shù),結果令我們非常滿意。212 操作模型與計算方法對于反應精餾單元操作過程,我們選用RADFRAC嚴格計算模型進行模擬計算。該模型對處理反〔3〕應精餾過程有著非常好的效果。后面的脫水塔和分離塔,我們選用DSTWU簡捷法計算模型。在流程計算過程
6、中,我們選用牛頓-拉夫森法進行迭代計算,從而保證收斂。3 計算結果與比較311 工藝條件的確定通過模擬計算與優(yōu)化處理,我們得到反應的工藝條件如表1所示,我們發(fā)現(xiàn)計算結果與實際情況非常接近。312 計算結果及分析圖2 塔壓與收率的關系 第27卷 內蒙古石油化工 55 表1模擬計算所得最佳工藝條件與實際情況比較塔頂壓原料配比(摩爾)停留時間塔板數(shù)加料板位置MPaH2O?C3H6O秒塊H2OC3H6O模擬結果1111.2?1161126實際情況0.851.5-3?1>161226從下面表2中我們發(fā)現(xiàn),反
7、應精餾塔的塔底溫度比模擬值要高,而且塔底的液相質量流率也比計算值高,但是塔底的丙二醇含量卻比計算值低。這是因為(1)我們優(yōu)化過程中原料配比即H2O?C3H6O為112?1而實際采用原料配比為115～3?1,從而使塔釜中水的含量升高;(2)由于計算過程中采用塔壓比實際要高一些,而壓力適當提高有利于提高收率,如圖2所示,壓力在11～13bar時收率較大?！?〕〔4〕 表2計算結果與實際比較:反應精餾塔脫水塔精餾塔比較項目模擬值實際值模擬值實際值模擬值實際值塔頂溫度 ℃177.117599.78287.2-塔底溫度 ℃237.5210191.81
8、70233.9-塔底液相質量流率 KG?HR916.5145086386085.16-塔底丙二醇含量(質量)85.8%54%93%93.7%1.2%1
