（化学工程专业论文）乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究.pdf

摘要 吉林化学工业公司2 万吨年乙丙橡胶( e t h y l e n ep r o p y l e n er u b b e r 以下简称 “e p r ”) 生产装置，是引进日本三井技术，属钒系溶液聚合工艺。装罴白1 9 9 7 年建成 投产，于2 0 0 2 年提出增产改造设想，拟通过技术改造实现增产4 0 的目标。为解决有关 分离单元增产改造“瓶颈”问题，本文采用d e s i g n ( i i ) 化工流程模拟软件，针对拟分 离物系特性，结合现代化工分离科学与技术发展现状，对e p t 装置中的两个主要分离单 元，即甲醇回收单元( 6 0 0 # ) 和己烷回收单元( 7 0 0 # ) ，改造前、后的分离塔器操作与 分离能力进行了核算。依据核算结果，对不能满足技改后分离与操作要求的塔器设备提 出了改造方案，并对改造投资做出了经济分析与评价，最终为实现装置增产改造提供可 行性依据。经核算，将t - 6 0 1 塔内件更换为2 5 0 y 型不锈钢板波纹填料；将t - 7 0 1 塔接 高2 4 0 0 r m n ，将塔板间距4 5 0 m m 调整为6 0 0 m m ，降液管相应接高1 5 0 m m ；t - 7 0 2 ( 泡罩) 塔， 操作弹性较大，经核算满足要求，无需改造。另外，为方便阅读，在文章中对引进的e p r 溶液聚合工艺技术状况、特点以及e p r 产品特点做了简要描述；对化工流程模拟计算软 件概况和d e s i g n ( i i ) 软件特点做了介绍，对拟计算的分离物系特性、计算模型选择及 注意事项、相关热力学算法选择及注意事项做了介绍，对填料塔以及板式塔的传质机理 进行了综述，对填料传质效率、分离性能等做了比较，以及对扳式塔和填料塔技术应用 现状等进行了综述。 关键词：溶剂，甲醇，己烷，分离塔，改造，流程模拟，经济分析与评价。 a b s t r a c t 2 0 k t ae t h y l e n e p r o p y l e n er u b b e r ( b e l o wb r i e fn a m e ”e p r ”) i n s t a l f a t i o ni n j i l i nc h e m i c a li n d u s t r i e sc o p o r a t i o ni st h ep a t e n t t e c h n o l o g yo fm i t s u i p e t r o c h e m i c a li n d u s t r ie sl t d i nj a p a n t h i sp r o c e s sb e l o n g st ot h ev a n a d ju m s e r i e ss o l u t i o np 0 1 y m e r i z a t i o nt e c h n i q u e e q u i p m e n t sw e r es e tu pa n dh u r l e di n 1 9 9 7 ap r o j e c to f i n c r e a s i n gt h ec a p a c i t yo ft h i si n s t a l l a ti o nb y4 0 w a s p r o p o s e din2 0 0 2 i n t e n dt og e tr i do ft h e ”b o t t l e n e c k ”p r o b l e m ，b yu s i n gc h e m ic a e n g i n e e r i n gp r o c e s sf l o w s h e e ts o f t w a r e ，d e s i g n ( i i ) ，a n dt a k i n gi n t oa c c o u n t o fs e p a r a t e ds y s t e m sc h a r a c t e r i s t i ca n dt h et r e n do fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y o nm o d e r nc h e m i c a l e n g i n e e r i n gs e p a r a t i o n ，t h ep r o d u c t i o ne a p a c i t i e sa n d s e p a r a t i o na b i l i t i e so ft h em a i ns e p a r a t i o ne q u i p m e n t si nt h i si n s t a l l a t i o na t p r e s e n ta n de n l a r g e db y4 0 c a s e s ，m e t h y la l c o h o lr e c o v e r yu n i t ( 6 0 0 # ) a n dh e x e n e r e c o v e r yu n i t ( 7 0 0 # ) ，h a v eb e e nc a l c u l a t e di nt h i sp a p e rr e s p e c t i v e l y b a s e do n t h er e s u l t ，t h er e f o r m i n gp r o j e c t 、e c o n o m ya n a l y s i 8a n di n v e s t m e n te v a h a t i o n w e r eb r o u g h tu pf o rh a v i n gt h eq u e s t i o n st o w e r i nt h ee n d ，t h ep o s s i b i l i t yo n t h ee p r si n s t a l l a t i o nt ob o o s tp r o d u c t i o na n dr e n o v a t i o ni sp r o v i d e d i no r d e r t or e a l i z et h i sr e f o r m i n gp r o j e c t ，t h ep i e c e so ft - 6 0 1 t o w e rw i l lb er e p l a c e d w i t h2 5 0 一yt y p es t a i n l e s ss t e e lp a c k f7 0 1 t o w e rc a nb ee n h i g h e d2 4 0 0m m t h e d i s l a n c eo ft r a yi nt o w e rc a nb es e ta s6 0 0m m ，t h ed e c l i n i n g1 i q u i dt u b ew i l l b ee n h i g h e d1 5 0m m ；b e c a u s eo fb u b b l ec a pc o l u m n ，t h eo p e r a t i o nf l e x i b i l i t yo f t - 7 0 2 t o w e ri sb i g ，t h r o u g hc h e c ks a t i s f y i n gt h er e q u e s t ，a n dh a v i n gn on e e d t oh er e f o r m e d m o r e o v e r ，r e a d i n gf o rc o n v e n i e n c e ，t h i sp a p e rd e s c r i b e sp r o c e s s t e c h n o l o g ya n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fe p rp r o d u c t ，t h ef u n c t i o no fp r o c e s s i m i t a t i o nc o m p u t i n gs o f t w a r ed e s i g n ( i i ) ，t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es e p a r a t i n g s y s t e m ，c a l c u l a t i o nm o d e lc h o i c ea n da n n o u n c e m e n t s ，r e l a t e dt h e r m o d y n a m i c s c a l c u l a t i n gm e t h o d se h o i c ea n dn o t i c e s t h i sa r t i c l eg i v e so u tt h ep r i n c i p l eo n p a c kt o w e ra n dp l a n kt y p et o w e r ，t h ec o m p a r i s o nr e s u l t so nd e l i v e rq u a l i t y e f f i c i e n c yo fs e v e r a lk i n d so fp a c k i na d d i t i o n ，t h ep a p e rd e s c r i b e st h ep r e s e n t t e c h n i q u ea p p l i c a t i o ni np l a n kt y p ec o l u m na n dp a c kc o l u m n k e y w o r d s ：s o i v e n t ，m e t h y ia i c o h o i ，h e x e n e s e p a r a t i o nc o l u m n ，r e n o v a t i o n ， f i o w s h e e te c o n o m ya n a i y s is 月| j吾 吉林化学工业公司2 万吨年乙丙橡胶( e p r ) 生产装置，是引进同本三井技术，属 钒系合成工艺，于1 9 9 7 年7 月建成投产。己丙橡胶产品主要 _ l 乙烯丙烯与第三单体刚b ( 或d c p d ) 以钒体系为催化剂，采用溶液聚合工艺技术，经共聚、脱催、后处理而制得。 溶液聚合工艺技术于6 0 年代初实现t 业化，经不断完善和改进，技术己经成熟， 现已为许多新建装置所使用，是1 二业生产的主导技术，约占e p r 总生产能力的7 7 6 。 该工艺是在既可以溶解产品、又可以溶解单体和催化剂体系的溶剂中进行的均相反应， 通常以直链烷烃女n i f 己烷为溶剂，采用钒一铝催化剂体系，聚合温度为3 0 5 0 。c ，聚合 压力为0 4 o 8m p a ，反应产物中聚合物的质量分数+ 般为8 1 0 。工艺过程基本 上由原材料准备、化学品配制、聚合、催化剂脱除、单体和溶剂回收精制以及凝聚、干 燥和包装等工序组成，但由于各公司在某部分或控制方面有自己的专利技术，因而各具 独特的工艺实施方法。代表性的公司有d s m 、e x x o n 、u n i r o y a l 、d u p o n t 、日本三井石化 和j s r 公司。其中最典型的代表是d s m 公司，它不仅是全球最大的e p r 生产者，而且在 荷兰、美国、日本、巴西所拥有的四套装置均是采用溶液聚合工艺，占世界溶液聚合工 艺生产e p r 总能力的1 4 。本文所论述的工艺因采用日本三井石化公司技术，故仅以该 技术为背景进行论述。 本文以吉化有机合成厂2 0 0 0 0 吨年乙丙橡胶增产( 增4 0 9 6 ) 改造为背景，针对6 0 0 “ ( 甲醇同收) 单元和7 0 0 4 ( 己烷回收) 单元的塔器分离能力进行改造前、后的工艺状况 进行核算。根据核算结果，对甲醇回收塔( t6 0 1 ) 、己烷闪蒸塔( t 一7 0 1 ) 和己烷塔( + 卜7 0 2 ) 改造方案进行了比选，最终给出改造方案。 另外，本文对现有e p r 装置的溶液聚合工艺特点以及e p r 产品特点做简要描述；对 目前设计验算广泛采用的化工流程模拟计算软件概况，包括本文采用的d e s i g n ( i i ) 软 件特点做简要介绍；对拟计算的分离物系特性，计算模型选择及注意事项，相关热力学 算法选择和注意事项，有关简捷计算法的应用，以及板式塔和填料塔技术应用现状等进 行综述。 v 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 1 文献综述 i 1 乙丙橡胶( e p r ) 工业化生产与发展概述 乙丙橡胶( e p r ) 是继z i e g l e r n a t t a 催化剂的发明、聚乙烯和聚丙烯的出现后问 世的一种以乙烯、丙烯为基本单体的共聚橡胶，分为二元乙丙橡胶( e p m ) 和三元乙内 橡胶( e p d m ) 两大类。前者是乙烯和丙烯的共聚物；后者是乙烯、丙烯和少量非共轭二 烯烃的共聚物。e p r 具有许多其它通用合成橡胶所不具备的优异性能，加之单体价廉易 得，用途广泛，是8 0 年代以来国外七大合成橡胶品种中发展最快的+ 种，其产量、生 产能力和消费量在发达国家中均居第三位，仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶。目前e p r 工、i k 生产工艺路线有溶液聚合法、悬浮聚合法和气相聚合法三种。本文所讨论的内容，仅涉 及溶液聚合法，故对悬浮聚合法和气相聚合法未进行描述。“1 1 2 化工流程模拟( f i o w s h e e t ) 软件综述 据报道，国外已有多年的开发流程模拟和过程优化软件产品的经验。例如，a s p e n t e c h 公司的模型从诞生到现在已经有3 0 多年的历史。在国外已有2 0 多家软件公司相继 推出了在石油化工过程专用和通用的流程模拟软件6 0 多种，已有2 0 多家公司推出石油 化工优化软件3 0 余种。其应用领域涉及天然气加工、原油蒸馏和分馏、烷基化、催化 重整、催化裂化、加氢、溶剂脱蜡、减粘、延迟焦化、硫回收、乙烯装置、合成氨、p e t ( 聚酯) 、苯乙烯、氯乙烯单体、用能组合、炼厂装鼍等。比较典型的有a s p e nt e c h 公 司的r t o p t ，s i m s c i 公司的严格在线优化软件r o m ，s i m s c i 公司结合美国壳牌石油公 司的流程模拟产品o p e i a 的r e m e o ，h o n e y w e l l 公司的先进控制和优化软件包p r o f i t s u i t e 和英国k b c 公司的桌面炼油软件p e t r o f i n e 等。上述软件都是以通用性为主，专 门针对某些装置开发的流程模拟和优化软件还包括i n t e g r a t e dp r o d u c t i o nc o n t r o l s y s t e m 公司、c o n t i n e n t a lc o n t r o l si n c 和t r e i b e rc o n t r o li n c 的产品等很多种。 在分离过程方面，基于平衡级模型的流程模拟软件包括a s p e nt e c h 公司的a s p e np l u s 和s i m u l a t i o ns c i e n c e 公司的p r o 1 1w i t hp r o v i s i o n ，以及w i n s i m 公司推出的d e s i g n ( i i ) 等软件，也都是比较具有竞争力的软件产品。 1 3d e s i g n ( ii ) 软件特点介绍 鉴于本文采用d e s i g n ( i i ) 软件进行模拟计算，故以下仅对该软件的特点进行简要 介绍。d e s i g n ( i i ) 软件是一个功能强大、易于理解的稳态流程模拟软件，现己广泛应 用于石油化工、化学工程和炼油过程的能量和物料衡算。该软件在应用方面做了大量工 作，要求输入的必要数据少、输入格式便于操作，这样充分保证了工艺工程师能够将精 力集中在研究工艺流程上，而不是集中在计算机操作上。另外，对于严格的能量和物料 衡算，d e s i g n ( i i ) 也提供了类似设备流率及尺寸计算方面的高级功能。例如，d e s i g n ( i i ) 能够完成和提供的换热器物流流率、管道模拟尺寸、精馏塔塔板尺寸、流率以及 容器尺u 计算等。 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 因附有以f o w f r a n 语言列表输入的操作功能，所以该软件能够通过简单的输入 f o r t r a n 语言的方式( 描述内容) ，使在输入文件中很容易地添加计算者所需要计算的要 求。该功能增加了软件操作的适宜性。 此外，强大的计算功能允许计算者定义自己的优化目标，也可以使用软件本身自动 寻找优化目标值。这种目标值可以是简单的流程模拟参数，也可以是复杂经济函数( 方 程) 。通过应用，概括起来主要有如下特点： ( 1 ) 、通过简单组合，即可绘制过程流程图； ( 2 ) 、完善的单位制系统，除常用单位制外，用户可以自行定义单位制体系，模拟计 算实现自动转换： ( 3 ) 、稳定的严格精馏模拟计算，可以处理双液相精馏、反应精馏、耦合精馏等； ( 4 ) 、稳定的严格精馏计算，包括相平衡、传递性质计算，可用于精馏等分离单元设 备设计； ( 5 ) 、准确、庞大的纯组分，水溶液、固体及二元组分混合物数据库； ( 6 ) 、物性参数估算、数据回归及数据库管理； ( 7 ) 、石油与合成燃料的定性及模拟计算； ( 8 ) 、含电解质物系的计算： ( 9 ) 、可处理固体； o o ) 、流程式分析，包括流程分割和流股切断，判断流程模拟顺序等； a d 、过程操作及设计优化； 、经济评价和成本估算。 1 4 计算模型选择与应用 1 4 1 拟分离物系纯组分性质 表1 1 ：拟分离物系纯组分性质一览表 t a b i e l - 1 ：t h ef u n c t i o no fs e p a r a t i n gp u r ec o m p o s i t i o nt a b i e 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 1 4 2 状态方程法和活度系数法的比较 适用于计算汽液平衡常数的状态方程法和活度系数法各有优缺点，在模型建市上应 根据拟分离物系特性慎重选择，因汽液平衡方程的选用会直接影响预测精度。有关两种 计算方法的比较结果见表1 2 。 表卜2 ：状态方程法和活度系数法的比较 t a b l e l 2 ：t h ec o m p a r is o nt a b l eb e t w i ns t a t ef u n c t i o rm e t h o da n da c t iv i t y c o e f f i c i a n tm e t h o d 1 4 3 二元互溶极性溶液计算模型选择 对于二元互溶极性溶液分离体系的精馏计算，属汽液平衡分离计算范畴。在流程模 拟软件中，适应于极性溶液的活度系数模型主要有：由过剩自由焓概念导出的l a r g u l e s 、 v a ni , a a r 模型；由局部组成概念导出的w i l s o n 、m c c a n n 、n r t l 、u n i q u a c 模型和由官能 团导出的u n t f a c 模型。在其应用上，m a r g u l e s 、v a nl a a r 模型由于需要不同分子间的 交互作用系数，因而对二元以上溶液的活度系数计算需要很多由多元汽液平衡数据确定 的参数，应用较困难。由局部组成概念导出的活度系数模型，对于多系统计算，所需的 参数均可由相应各对二元系数据确定，无需任何多元数据，因而得到广泛应用。对于仅 需要二元汽液平衡数据仍不能从文献中获得，若不进行实验测定，仍无法进行分离过程 的计算在这种情况下，采用u n i f a c 模型是唯一的选择。该模型是基于分子中各个官能 团所起的作用是独立的，和分子中其它官能团无关的假设，因而各组分的性质可以通过 叠加其结构官能团的有关性质来取得”1 。 对于甲醇分离( 6 0 0 4 ) 单元，甲醇与水的分离是典型的二元非理想溶液，属正偏差 溶液。即不同组分分子间的吸引力较相同组分分子间的吸引力都要小，且偏差较大，即 异分子问的排斥倾向起了主导作用。鉴于上述情况，对该分离系统采用u n i f a c 计算气一 液平衡常数k 值，属非理想互溶溶液，分子间存在相互作用的气液平衡方程，适用于 温度在3 0 1 2 5 。c ，压力介于l a t m 3 a t m 范围：采用s t d h 方法计算焓值( h 值) ，即， 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 对于液褶按常规液相理论的活度系数结合实验修证进行计算，丽对于气相采用 r e d l i e h k w o n g 方程进行计算的关联计算方法。采用s t d d 计算密度( d 值) 的方法。 1 4 4 烃类溶液计算模型选择 应用于烃类溶液计算汽液平衡常数的模型主要有两类。一类是用不同的公式计算汽 相逸度系数和液相活度系数方法，属于这一类模型较著名的有c h a o s e a d e r 、 l e e e r b a r e d m i s t e r t 和p r a n s n i t z c h u e h 模型。该模型适用于各类烃和含氢的烃类混 合物，对除甲烷以外的烃类适用的范围为对比温度t 。- 0 5 1 3 ( 按纯组分的临界温度 计) ，对比压力p ， 0 8 ，对氢气和甲烷，系统温度不能低于一7 3 。另一类是用同一个 p - v t 状态方程计算汽液相逸度和焓，这一类模型中常用的有s o a v e r e d l i c h k w o n g 、 p e n g r o b i n s o n 、b w r s 和l e e k e s l e r 模型。将上述各模型计算所得的汽液平衡常数与实 验数据相比较，其结论是计算结果与实验数据都比较接近，但对不同的组分以及同组 分在不同温度、压力范围内，各模型准确性的排序是有变化的。通常的变化情况如下”1 ： ( 1 ) 、在接近临界区时，c h a o s e a d e r 模型偏差很大不宜采用。这是因为该模型假设 液相中z 组分的摩尔体积和纯液体i 的摩尔体积相等。在高压下，特别是接近临界区时 上述假设产生的偏差较大。 ( 2 ) 、s r k 和p r ( 包括m p r ，以下同) 模型具有简单、准确的优点。一般情况下p r 方程的精度高于s r k ，但两者都不适用于含氢和温度低于一7 0 的系统。目前，s r k 和p r 方程是被广泛使用的模型之。 ( 3 ) 、b w r s 方程被认为是当前烃类分离计算中最佳模型之，具有求解精度高，适用 范围广的特点。适用温度可以低到对比温度t ，= 0 3 ，压力可以高达p ，= 3 ，在接近临界区 时仍有很高的精度，而且还适用于含氢系统。因此，对于轻烃的低温分离，目前已被认 为是一种不可缺少的热力学性质计算方法。需要说明的是，因用状态方程计算各种热力 学性质都必须首先计算汽液帽密度，用s k r 和p r 方程，只需求解一个三次方程就可得 到密度，所以可用解析法进行求解；而用b w r s 方程需要求解一个六次方程j 。能得到密 度，所以，只能用迭代法进行求解。 ( 4 ) 、将l e e - k e s l e r 方程应用于低温轻烃分离可能得到与实际生产数据最精确的结 果。该模型焓的计算公式也被认为优于其它模型。 对于己烷分离( 7 0 0 4 ) 单元，将分离物系中的水考虑成与拟分离产品互一i 相溶的一 种特殊物质来处理，那么，该分离物系即简化为将正己烷和二烯烃的分离，则该分离体 系应属烃类溶液分离范畴。在计算模型选择上，采用m p r 状态方程计算气一液平衡常数、 焓值和密度，即k 值、h 值和d 值；该方法属p e n g r o g i n s o n 状态平衡方程范畴，主要 适用于非理想化工物料系统，特别是轻烃分离。在计算上应将气液平衡常数k 值、焓h 值和密度d 值相匹配。 1 5 有关流程模拟计算注意事项 1 ) 、正确描述物料流程。虽然流程模拟软件中有模拟各单元设备的模块，但是流程 拓表中调用的模块与物料流程图中的单元设备并不一定相对应。特别是在模块选定上， d 己丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 应以模块的实际功能为主，而不应因其名称而误入岐途，以免给计算带来小必要的麻烦 或错误。如，对换热器出口物料有汽液分离的过程，不用换热模块而用闪蒸模块；分离 塔顶上的冷却器和冷凝器并存问题的处理，为减少循环物流的迭代计算，可将冷却器按 第一块塔板冷却器处理等。 ( 2 ) 、慎重选择设计变量。各流程模拟系统，其单元模块都有许多设计变量供选择， 但对于怎样选择设计变量，对于流程或单元模块的计算收敛起着十分重要的作用，应根 据过程特点，用过程最重要且必须满足的参数作为设计变量。若几个参数的重要性相当， 应选择较易估算( 获得) 的参数作为设计变量。如，产品分离塔的回流比。 ( 3 ) 、准确描述设计变量( 值) 。设计变量的数量虽由单元模块的自由度决定，但每 个设计变量的值需经过事前优化。因此，要使决策变量数值设定准确，应该对过程特性 有着深刻认识和分析，根据需进行必要的手算或局部计算机计算，以确保全流程的计算 顺利通过。特别是对有循环物流存在的过程尤其重要。 ( 4 ) 、逐步扩大流程的计算范围。一般应首先计算流程中第一个或前几个单元，到这 些单元计算完成后再逐步往f 计算，直到最后一个单元计算完成，再把全部单元联起来 进行全流程计算。这样做的优点是：一是不会因为个别数据而影响整体工作的进展；一- 是部分流程的下游单元需要上游单单元的计算结果作为下游单元变量的输入值；三是各 单元的计算结果均存在优化问题，以保证全流程计算的贯通。 ( 5 ) 、有效选择单元模块。在流程模拟中，分离、反应和换热等单元过程可用不同的 模块表示，应根据各阶段的不同需要进行选择。目前，广泛应用的流程模拟软件的平衡 分离模块都属核算型的，即指定总理论板数和进料位置求出产品的分离度或回流比。若 指定的理论板数或者进料位置不合适，就会导致过程过高或过低的回流比而增加生产成 本甚至导致计算过程不收敛。所以，在计算初期求取物料初值时，不必过多考虑出【_ i 物 流对单元模块参数的依赖关系，对反应单元可最简单的分离器模块s e p 模拟，换热和流 体输送不予以考虑。这样就可用较少的机时，获得较准确的循环物流初值。 1 6 简捷计算法应用概述 为了实现对两个关键组分之间规定的分离要求，回流比和理论板数必须大于它们的 最小值。实际回流比的选择多出于经济方丽的考虑，取最小回流比乘以某一系数，然后 用分析法、图解法或经验关系确定所需理论板数。简捷计算理论塔板数还包括确定适宜 的进料位置，b r o w n 和m a r t i n 建议，适宜进料位置的确定原则是：在操作回流比下精馏 段与提馏段理论板数之比，等于在全回流条件下的用芬斯克公式分别计算得到的精馏段 与提馏段理论板数之比。k i r k b r i d e 提出了一个近似确定适宜进料位置的经验公式：”1 n r n s = ( z wf z ) ( x l m x h k 。) r “” 对上式两边取对数得：l g ( x a 。x w ) 一l g ( x b , o x 。，。) = n 。l g 0m 其中： n 一理论板数( 平衡级数) ；r 一精馏段； s 一提馏段； h k 一重关键组分； l k 一轻关键组分； f 一进料流率； d 一馏出液；w 一釜液； 一5 一 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 n 塔板序号； x 一液相摩尔分数 z 一进料组成； a 一相对挥发度。 f 鼢、磐4 1 a , ，f t ，烂慷絮； 图卜1 ：不同回流比条件下的组分分配比 f i g 1 1 ：t h e e f f e c to f c o m p o s i t i o na l i o t m e n t i nd i f f e r e n tr e f i u xr a t i 0 s t u p i n 和l o c k h a r t 根据若干不同组分系统的精馏计算所得结果，分析了不同回流比 时组分的分配比与组分的相对挥发度之间的关系( 见图1 1 【4 j ) 。全回流时一条直线，这 是芬斯克方程式的结果；最小回流比时是一条s 形曲线。由此结果可以看出，当挥发度 比轻关键组分的数值略大时，该轻组分的分配比就是无限大，也就是说它全部进入馏出 液中；对重组分也是相似的情况，全部进入釜液；面挥发度处于轻、重关键组分之间的 组分，在最小回流比下的分配与全回流下的分配有一定的差别，若按全回流下的分配代 替屡小回流的分配，事实上略微提高了要求。由图1 1 还可以看出，把全回流下的分配 比当作实际操作回流比下的分配是比较接近的。因为一般的精馏塔实际上都在1 2 1 5 倍的r 。下操作。必须指出，上述情况均是相对挥发度与组成的关系不大以及对不同组 分塔板效率相同为假定条件。 需要特别指出的是，在使用软件做正式计算前，应优先利用简捷计算法，即软件中 的“s h o r t c u t ”算法，对拟分离物系傲简捷计算，以便为准确给定初值、加速计算收敛 做准备，这点，对于多组分分离物系很重要，以减少在计算机上的无效工作时间。 利用s h o r t c u t 算法，可以估算进料位置、回流比、理论级数以及冷凝器和再沸器 的负荷等。这种算法通常是：对于有再沸器和冷凝器分离塔直接用s h o r t c u t 模型进彳= | ： 计算：对于没有再沸器、冷凝器的可用组分分离模型，即c o m p o n e n ts p l i t t e r 模型进 行计算。 所谓简捷计算，即用h e n g s t e b e e k 公式进行组分在产品中的预分配，用u n d e r w o o d 公式求最小回流比，用f e n s k e 公式计算最小理论板数，最后根据适当的经验关联式( 如 g i l l i l a n d 公式) 求出工作回流比下的实际理论板数，由k i r b r i d e 公式给出进料板位错， 以上这些计算均可利用软件完成。简捷计算对初步设计非常重要，特别是对于初步使用 软件进行模拟计算者亦非常重要。”1 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 需要说明的是，在用简捷计算法进行计算时，轻、重关键组分必须明确，这是凶为 在给定塔顶、塔底轻、重关键组分组成后，其它非关键组分的分离情况既已确定，无需 再给定，以免引起不必要的计算错误。多组份精馏的f u g ( f e n s k eu n d e r w c ) o dg i l l i a n d ) 简捷计算框图如下( 图卜2 3 ) ： 。- 并。笪| i 塑筵堂型? ， 规定两个关键 组分的分配j 一一_ l 一估计非关键组分的分酉已 一!一 ；确定塔压和冷凝器的类型 泡点露点计算 5 焉差黧箨衡囊聋互l 绝热闪蒸】对进料作闪蒸计算l ”8 一l 一 萤算最尘里堡堂堡塾 f e ns k e 公式 l 一 i 计算非关键组分的分酣f e n s k e 公式 ，一上、 ，一。一，。一一一j f 关键组分分葩附、 值讨值与计算值接望一一一j 一+ u n d e r w o o d 公式 取善蟹i 曼慈鼍专，雹名型，流比 g i l l i l 。d 关联式 计算实际理论塔板数 1 “”“ | 计再证。藉石活盘k i ，k b 。i d 。公式 l 婪墓鎏磐警塑热量衡算 1 再沸器热负荷。一 _ 爵鼍蠡到 图卜2 ：多组分精馏计算简捷计算图 f i g 1 2 ：m u i t i p i ec o m p o n e n tf r a c t i o n a t in gs h o r t c u tf r a m es t r u c t u r e 一 兰霉 乙内橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 2 乙丙橡胶( e p r ) 装置工艺流程及其产品简介 2 1 e p r 装置工艺流程简介 吉化e p r 装置共有9 个生产单元，前8 个单元为产品生产单元，9 0 0 4 为公用工程单 元。其产品生产的工艺流程主要是：1 0 0 4 进行原料的接受和制备；催化剂、稳定剂直接 在装置内接收，并按要求进行配制。第三单体由厂区送入装簧区，乙烯、丙烯、氢气通 过调节阀控制，从厂区送入装置区2 0 0 4 聚合釜d - 2 0 1 中，同时将催化剂送入，进行聚合 反应。该反应在溶剂己烷中进行，聚合反应产生的胶液进入3 0 0 4 。其中，夹带的未反应 单体在2 0 0 4 的单体回收塔中通过汽提回收，用压缩机循环致聚合釜中再使用。在3 0 0 4 ， 胶液首先进入d - 3 0 1 ，利用甲醇对胶液中的催化剂进行失活，然后用n a o t t 溶液进行逆向 接触洗涤和沉淀分离，去除聚合物中的灰份，然后进入4 0 0 ”，胶液被加温加压后降压闪 蒸，使溶剂己烷从胶液中脱离出来。熔融态的乙丙橡胶流入d 4 0 1 中，然后送入挤出机 进行挤出造粒，胶粒随p t w 水送到5 0 0 4 进行脱水干燥后，压成胶块进行包装。 3 0 0 汞j 用甲醇为失活剂进行失活后，剩余甲醇和水溶性产物均随洗涤水送入6 0 0 ”， 经t - 6 0 1 塔精馏出的甲醇重新利用，其余被排往污水系统。在4 0 0 # 闪蒸出溶济己烷回到 7 0 0 4 ，在t - 7 0 1 塔中进行分离，含己烷的轻组份从塔顶馏出进入己烷精馏塔t - 7 0 2 进行 分离，塔底含二烯烃的重组份，送入8 0 0 # 进行二烯烃回收。精馏后的纯己烷送入贮罐 t k 一7 0 1 中，再经己烷集管送入装置各用户，二烯烃回收后在聚合系统重新利用。以下仅 以吉化引进的e p r 技术( 日本三井石化公司) 为背景进行论述。 2 2 e p r 装置工艺技术现状 三井石化公司的e p r 生产技术采用己烷为溶剂，乙叉降冰片烯( e n b ) 或双环戊二 烯( d c p d ) 为第三单体，氢气为分子量调节剂，钒一铝为催化剂。催化剂的配比用量、 预处理方式等是三井石化公司的专有技术。反应物料根据生产的牌号不同，由单釜或两 釜串联操作。经过聚合反应后，在碱性脱钒剂和热水作用下，聚合物胶液中残留的钒催 化剂进入水相，经两次转相过程被彻底脱除。未反应单体经回收处理并循环使用。胶粒 浆液脱水后进入干燥系统，然后压块或粉料包装。经实践证明，三井石化公司的e p r 溶 液聚合工艺技术比较成熟，具有下列优点： ( 1 ) 、投资低，工艺最佳化。反应器的优比设计能满足反应物料混合要求，能准确控 制聚合反应工艺参数和产品质量，聚合物胶液浓度高而循环溶剂量少，催化剂效率高， 三废中钒含量低，生产弹性大。 ( 2 ) 、生产操作费用低，装置年操作时间长，原料和催比剂的消耗低，采用先进控制 系统对生产进行控制。 ( 3 ) 、产品质量具有极强的竞争力。产品中催化剂残渣含量低，生产中次品少，产品 牌号切换灵活，切换废品量少，产品特性能够按用户要求进行调整，产品牌号多，门尼 值可在1 0 1 3 0 宽范围内调节，质量稳定，重复性好，产品规格指标变化幅度窄和产品 乙丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 加工性能优异。但是，由于聚合是在溶剂中进行，传质传热受到限制，聚合物的质量分 数一般控制在6 9 ，最高仅达1 1 1 4 ，聚合效率低。同时，由于溶剂需回收 精制，生产流程长，设备多，建设投资及操作成本较高。1 2 。3e p r 产品特点 乙丙橡胶具有优电的使用性能，如，耐气候性、耐热、耐臭氧、耐酸碱、比重小等， 其制品耐老化性能是其他橡胶的几倍，做成的防水卷材使用期限达5 0 年以上，- u 。以说 一次投资终身受益。由于乙丙胶的比重仅为氯丁橡胶的7 0 左右，在生产橡胶防水坝有 取代氯丁橡胶的趋势，因此在橡胶领域非常受欢迎。乙丙胶自六十年代末期问 = 以来， 已发展成为继丁苯橡胶、顺丁橡胶之后第三大胶种。乙丙橡胶产品主要应用于汽车、聚 合物改性、房屋建筑、石油添加剂、电线电缆等方面，如汽车工业主要用丁轮胎、水箱 软管、门窗密封条、阻尼消音垫等。 己丙橡胶溶剂分离塔增产改造方案研究 3 甲醇回收( 卜6 0 0 ) 塔原工艺条件模拟计算 3 1 流程拓扑表 设备位号单元模块名称进口物流出口物流 t 一6 0 1d i s t i l l 4 1 ，一2 ，一3 3 2 原工艺、设备及模拟计算进料条件 甲醇回收( 6 0 0 8 ) 单元将来自失活、洗涤( 3 0 0 ”) 单元的废甲醇水，通过t - 6 0 1 塔 将甲醇与水进行分离，塔顶馏出物为甲醇，直接去d k 一6 0 1 循环使用，塔底付产品为废 水，工艺操作要求将甲醇含量控制在规定的排放指标范围内，直接排放至污水线。具体 工艺条件见表3l ，设备条件见表3 2 ，原工艺核算模拟进料条件见表3 3 。 表3 1 ：甲醇回收塔工艺条件 t a ble 3 - 1 ：m e t h a n ol r e c o v e r yc o iu m np r o c e s st e c h n oio g y 项目名称塔顶( t o p )塔底( b o t t u m ) 温度， 6 4 21 0 5 9 压力，k p a 1 0 01 3 0 坌蜜堂握里竖盒量塑! ! ：墅里壁鱼量塑! ! ! p 四 表3 - 2 ：甲醇回收塔设备条件 t a bie 3 2 ：m e t h a n oi r e c o v e r yc o iu m nt e r m s 3 3 原工艺条件模拟计算结果 按二元互溶极性溶液分离体系考虑，采用u n i f a c 状态方程进行模拟计算，物料平 衡见表3 - 4 ，能量平衡见表3 - 5 ，逐板温度、压力和汽液负荷见表3 - 6 ，物流摘要见表 3 7 。 表3 - 4 ：物料平衡表 t a b i e 3 - 4 ：m a t e r i a ib a i a n t et a b i e 一圣塑堡鉴堕型坌童堕望兰墼堕查墨塑至 表3 - 5 ：能量平衡表 t a b i e 3 5 ：5 堕坚! 旦丛! ! 塑! ! ! ! ! k c a l h d i f e r e n c ek calhflowsheet n o d ef e e d 一, k e a l h p r o d u c t , k c u l h d i g f e r e n c e , k c al h 一 = i 一一04215470stre&m4 2 1 5 4 7 0l s t r e a m2 s t r e a m3 t o t a ls t r e a m s d i s i( c i l 3 0 i i ) o 0 4 2 1 5 4 7 0 4 2 1 5 4 7 0 3 6 9 5 1 4 3 3 4 6 1 4 0 3 7 15 6 5 0 3 7 1 5 6 5 0 3 6 9 5 1 4 3 3 4 6 1 4 0 4 9 9 8 1 9 4 9 9 8 1 9 t o t a l e q u i p m e n t s - 4 2 1 5 4 7 0 - 3 7 1 5 6 5 0 4 9 9 8 1 9 一 表3 - 6 ：卜6 0 1 塔测型与性能 ! 幽! ! 二! ! ! 二塑! ! ! ! 旦旦堕堡型生塑型业坠_ t 了_ 一 t r a yt e m p e r a t u r e p r e s s u r e l i q u i d l i q u i dv a p o r v a p o r l 1 q u l a 3 u 。1 。c e d e n s i t y f r o m d e n s i t y t ov i s c o s i t y t e n s i o “ 丽_ 面。c 丽1 k p _ a 面k g r m 3 1 m 3 面h r 飞k g m f 31 m 矿a h 丽c p2 4 6 d 2 y 2 n ，e 5 6 c m oc2 2 8 1 1 55 9 7 4 5 2 2u 1 9 b 3 b l zu b z 4 b z zro o 6 4 1 5 6 4 3 1 6 4 4 7 6 4 6 3 6 4 7 9 6 4 9 5 6 5 1 6 5 2 6 6 5 。4 2 6 5 5 7 6 5 7 3 6 5 8 8 6 6 0 3 6 6 1 9 6 6 3 5 6 6 5 l 6 6 6 7 6 6 8 5 6 7 0 4 6 7 2 6 6 7 5 2 6 7 8 6 6 8 3 1 6 8 9 7 6 9 9 5 1 0 0 1 0 0 6 4 1 0 1 2 8 1 0 1 9 2 1 0 2 5 5 1 0 3 1 9 1 0 3 8 3 1 0 4 4 7 1 0 5 1 l 1 0 5 7 4 1