基于aspenform的天然气乙醛精馏塔优化设计

基于aspenform的天然气乙醛精馏塔优化设计

醋酸乙烯（vac）是世界上产量高的原料之一。vac的生产工艺主要包括乙醚法和乙醚法。在国外，乙烯相法主要用于起草，在中国，乙烯相法主要用于捍卫商品（电石乙烯和天然气）的生产。本文所研究的是某企业天然气乙炔气相法VAc生产装置,该装置系从国外引进,以天然气制成的提浓乙炔和醋酸为主要原料,醋酸锌活性炭为催化剂,固定床气相合成VAc。自引进以来,该装置经过一系列改造,用复合斜孔塔板代替原筛板塔板,以提高VAc精馏系统的生产能力;将乙醛回收塔由加压操作改为常压操作;针对乙醛分离塔乙醛难回收问题,对粗馏系统进行了改进,实现了80%以上的乙醛回收率。为了进一步分析装置的运行状况,提高生产效率,本文对该VAc装置的乙醛分离塔进行了模拟计算,分析考查了包括侧线采出的各主要操作参数对乙醛、丙酮的纯度和收率的影响,并在此基础上进行了参数优化。1粗vac的来源VAc合成过程中伴随着多个副反应,从VAc合成反应器中出来的混合气体含有反应产物VAc、未反应的原料醋酸和乙炔,以及副产物乙醛、丁烯醛、丙酮等。该混合气首先经冷凝得到粗VAc,粗VAc经脱气塔脱去溶解性气体后,进入VAc粗馏塔,从塔顶得到的轻组分进入轻组分系统,轻组分系统主要有乙醛精馏塔和丙酮萃取塔。本文所研究的乙醛精馏塔采用斜孔板,塔板数为54,用再沸器加热,有侧线采出,塔顶产品为精乙醛,侧线采出丙酮、VAc等。釜液排污水处理。其工艺流程见图1。2水溶液的相互作用能物性数据选用AspenPlus11.1软件包中的数据库,而热力学方法根据体系特点及经验,选择NRTL活度系数法,NRTL方程如下:其中:下标i,j,k,l分别代表不同的组分;xj,xk,xl分别为组分j,k,l的物质的量分数;ri为组分i在液相中的活度系数;τji=dji/RT为NRTL方程参数;Gji=exp(-djiτji)为溶液的相互作用能;xji为溶液的有序特性参数,其值定在0.2~0.47之间;R=8.314J.mol-1·K-1为通用气体常数;τ为液相温度,单位为K。乙醛精馏塔选用RadFrac严格核算模型。3乙烷精馏塔的实际施工计算3.1塔盘、塔底、丙酮的测定以乙醛精馏塔实际工况为基础建立模型。乙醛精馏塔为板式塔,塔盘采用复合斜孔塔板,塔顶冷凝器用循环冷却水冷凝,塔底用再沸器加热,进料位置为第28板,提馏段侧线采出丙酮等,测出量约为139.5kg/h。其进料组成及工艺参数见表1。3.2数据分析运用AspenPlus流程模拟软件对该精馏过程进行模拟,其模拟值与实际工况数据比较结果见表2。由表2数据可知:模拟结果与实际工况数据吻合良好,塔顶产品中乙醛质量分数为98.8%,乙醛回收率为98.6%,侧线产品中丙酮质量分数为19.9%,丙酮回收率为99.9%。4反应物理分析及优化在模拟计算的基础上,利用AspenPlus的ModelAnalysisTools,对乙醛精馏塔的侧线采出和各主要操作参数进行了分析及初步优化。4.1线出出位置及采出量乙醛精馏塔在侧线采出副产品丙酮,该侧线采出为提馏段气相采出,在塔压、回流比一定的情况下,侧线采出位置及采出量将对分离效果、塔温等产生一定的影响。4.1.1布出中丙酮纯度的影响图2为侧线采出量恒定为139.5kg/h时,采出塔板位置对塔顶产品中乙醛纯度和侧线采出中丙酮纯度的影响。由图可知,侧线采出量不变时,塔顶产品中乙醛含量几乎不受侧线采出塔板位置的影响,当侧线采出塔板大于第50板时,侧线采出中丙酮含量减小。保持原采出位置第41板不变,塔顶乙醛质量分数约98.78%,侧线采出中丙酮质量分数约19.87%。4.1.2微生物投加量对驱油效果的影响侧线采出量对产品纯度的影响见图3。由图可知,在塔压及回流比一定的情况下,增大侧线采出量,塔顶产品中乙醛含量几乎不变,侧线采出中丙酮含量减小。这是由于增大侧线采出量时,采出流股中轻组分乙醛的流量增加明显,而丙酮、醋酸、VAc等组分的流量变化很小。这也使得采出温度下降,乙醛回收率降低。侧线采出量对塔温和乙醛回收率的影响分别见图5、图4。由以上分析知,在不影响产量的情况下,将侧线采出量适当降低,可提高乙醛的收率和侧线采出中丙酮的含量,但采出量降低会导致塔顶产品流量增加,塔顶热负荷增加,能耗加大,故综合考虑侧线采出量确定为135kg/h。4.2回流比的影响如图6所示,随着回流比的增加,塔顶产品中乙醛含量增加,而侧线采出中丙酮含量变化很小。当塔顶回流比大于5时,再增大回流比,塔顶乙醛含量几乎不变,而随着回流比的增大,塔底再沸器热负荷将增加,操作费用增大,故在满足分离要求的前提下,回流比应控制在5~5.5之间。如图7所示,当进料塔板大于16板,进料位置对产品纯度的几乎无影响,塔顶乙醛质量分数约为98.77%,侧线采出丙酮质量分数约为19.88%。4.3优化后模拟结果通过以上分析,现将回流比设为5,进料塔板位置设为第28板,侧线采出位置设为第41板,侧线采出量设为135kg/h,对乙醛精馏塔进行优化后的模拟,其模拟结果见表3。经优化后,乙醛回收率可达99.5%,塔顶产品中乙醛质量分数为98.8%,侧线采出液中丙酮质量分数为20.5%,丙酮回收率为99.9%。乙醛回收率及侧线采出中丙酮的含量都有所提高,同时,回流比的减小节省了操作费用。5操作条件分析及优化(1)运用AspenPlus流程对乙醛精馏塔进行的模拟计算结果显示:塔顶产品中乙醛质量分数为98.8%,乙醛回收率为98.6%,侧线产品中丙酮质量分数为19.9%,丙酮回收率为99.9%,模拟值与实际值吻合良好。(2)侧线采出位置在提馏段,其采出板位置对分离效果影响较小。在41板左右采出时,塔顶乙醛质量分数约为98.78%,侧线采出中丙酮质量分数约为19.87%。在塔压及回流比一定的情况下,随侧线采出量增加,塔顶流量减小,回流量相对增加,塔顶乙醛含量变化较小,侧线丙酮含量减小。经分析,适宜侧线采出量约为135kg/h;(3)分析