氯乙烯精馏过程的模拟及优化

2011年第5期广东化工第38卷总第217期www.gdchem.com。135.氯乙烯精馏过程的模拟及优化刘兵，张玉宁(徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140){摘要]利用化T流程模拟软件 Aspen Plus,对电石乙炔法工艺中的氯乙烯精馏过程进行模拟。精馏全流程的模拟结果与实际生产数据基本吻合。对低佛塔和高佛塔的进料化置、回流比等参数进行了优化。精馏过程的产品纯度提高到99.67 %，低沸塔塔顶冷凝器的冷量消耗减少了17.4%， 冉沸器蒸汽消耗鍵减少了10.1 %。[关键词]ASPEN PLUS;氯乙烯;精馏:模拟;优化[文章编号107162011)05-0135-02[中图分类号]TQx*x|文献标识码]ASimulation and Optimization of Vinyl Chloride Distillation ProcessesLiu Bing, Zhang Yuning,(Xuzhou Collge of Industrial and Technology, Xuzhou 221140, China)Abstract: The project have researched itillation process of the calcium carbide acetylene, the process of the Vinyl chloride rectifcation was simulated, withthe chemical process simulation software ASPEN PLUS. The process simulation results was consistent with the actual production data. Finally, the operationparamelers of the high-boiler tower and low-boiler tower, such as feed location and relux ratio were optimized, on the basis of sensitivity analysis. The productpulity of the dsillaion process have improved to 99.67 %, the cool energy of the consumption of the condenser of the low-boiler was reduced by 17.4 %, wherebythe stearm consumption of the reboiler by 10.1 %.Keywords: ASPEN PLUS; vinyI chloride; disilation; simulation; optimizationASPE PLUS是一一款功能强大的化工模拟软件，称为“先氯乙烯精馏过程进行了严格的全流程模拟,对低沸塔和高沸塔进过程工程系统" (ADVANCED SYSTEM FOR PROCESS进行灵敏度分析。ENGINEERING)简称ASPEN PLUI-21。此软件有完备的物性2氯乙烯精馏过程模型和全面的单元操作模型,可广泛用于各种流程的模拟及优2.1氯乙烯精馏的工艺流程化运算1341.流程模拟的优越性有 以下几个方面[5]:(1)进行工艺过程的反应生成的粗氯乙烯经水洗，碱洗后，经过压缩机，进入能量和质量平衡计算。(2)预测物流的流率、组成和性质。(3)全凝器冷却，冷却的氣乙烯单体(VC)液体进入低沸塔加料罐，预测操作条件、设备尺寸。(4)缩短装置设计时间，允许设计凝下来的VC液体直接进入低塔加料槽,通过低沸塔分离低沸者快速地测试各种装置的配置方案。(5)帮助改进当前的工艺。物C2H2等后，塔釜出料经过缓冲桶缓冲后作为进料进入高沸(6)在给定的限制内优化工艺条件。(7)辅助确定一一个I艺约束塔，分离高沸物1,2-二氣乙烯(EDC)等，商沸塔塔釜产出EDC部位(消除瓶颈)。化工过程稳态模拟主要应用于炼油、石油化等副产品，塔顶产出VC。工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃2.2生产数据分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氨等装置。.粗氯乙烯中除了主要成分氯乙烯(85 %)以外，还有乙炔在医药、农药、环保等行业也有一定的应用氯乙烯精馏的过程中，低佛塔除去低沸物，高沸塔除去高(0.4 %)、氯化氯(8 %)、氮气(6.3 %),二氟二氣甲烷、以及水沸物，从而实现氯乙烯的精制。文章利用ASPEN PLUS,对蒸汽(0.2 %)等。精制单体纯度>99.28 %。低沸塔和高沸塔的塔板数分别为35和42,低沸塔和高沸塔的回流比分别为6和0.5。-四四-四g-0四◆←四四四。四- >s化L0-r女四[9四。图1氯乙烯精馏过程的流程Fig.1 Vinyl chloride ditillation processes3流程模拟低沸塔进料量为112.63 kmol/h,其中塔顶为30.658 kmol/h对于氯乙烯精馏体系，选择NRTL物性方法。选取压缩的出的出料最进入高机、全凝器、尾凝器、换热器、低沸塔和高沸塔等模块，建立中国煤化工的压力为0, 566 MPa,氯乙烯精馏模拟流程。对低沸塔和高沸塔组成的精馏过程进行塔项CNMHG:37.6 C.3.1低沸塔模拟结果高佛塔塔顶含氯乙烯99.348 %，高沸塔进料为91.974kmolh,其中塔顶为90.135 kmol/h的产品出料,塔釜为1.8395|收稿日期] 2011-02-22[作者简介]刘(1961-), 男，山西应县人，本科，蒯教授，主要研究方向为化I过程模拟与优化。广东化工2011年第5期.136.www.gdchem.com第38卷总第217期kmol/h的高沸物，塔顶的压力为0.302 MPa, 塔釜的压力为择一组最优的操作参数，可以得到最优的结果。0.395 MPa,塔顶的温度为16 C,塔釜的温度为31.8 C。整体优化的结果为:在产量不变的情况下，高沸塔塔顶的4操作参数的优化产品质量提高到99.67%，低沸塔塔顶冷凝器的冷最消耗减少利用ASPEN PLUS软件,在保持产品质量- -定的情况下，了17.4%，再沸器蒸汽消耗量减少了10.1%。高沸塔操作费对进料位置、回流比作灵敏度分析，寻找进料位置和回流比的用基本不变。对于低沸塔，改变进料位置和问流比对分离效果影响不大，4.1低沸塔回流比的优化但对塔顶冷凝器和塔釜冉沸器的影响却很大。所以，低沸塔的操确定进料位置为第二块塔板，回流比的范围取3~10,做作优化的关键是保持分离要求的前提下，降低生产操作费用。对回流比对出料VC质量分率的灵敏度分析。由图2可以看出，于高沸塔，改变进料位置对塔分离效果影响较大，而生产操作费回流比在6-9的范围，对塔爸的产品纯度影响较大。保证产用变化不大。这些对氯乙烯精馏的操作调节有很好的指导性。品质量的前提下，选择最小的回流比为最佳回流比，因此选择表1优化结果最佳回流比为8。Tab.1 Optimization results低佛塔回旋比的灵敏度分析项目优化前优化后产品的产最/(kmolh')90.1252产品质量分率%99.3599.67低佛塔板进料仪置2高拂塔板进料仪置2618低佛塔塔顶馏出比33544.55556676578.599510高佛塔塔顶馏出比0.98低拂塔顶的回流比6图2低沸塔回流比 灵敏度分析高佛塔釜的网流比).50.45Fig.2 Reflux ratio sensitivity analysis of the low boiling tower低拂塔冷凝器的负荷-0.906-0.723/(MMkca:h*')4.2低沸塔进料位置的优化低沸塔再凝器的负荷进料位置的变化范围为2~12,利用ASPEN PLUS软件对/(MMkcalh')0.9170.816低沸塔的进料板位置进行贝敏度分析。分析结果为:随着进料低沸塔塔质的温度/C21.2121.07位置下移，塔顶VC含量逐渐下降。因此，第二块塔板就是最低佛塔塔釜的温度/C37.6佳的进料位置I 比的优化高沸塔冷凝器的负倚-0.671/(MMkcalHh')对馏出比作灵敏度分析，分析的结果为:随着塔顶馏出比高佛塔再凝器的负荷的增加，塔釜出料的VC含量先增加后基本不变，故最佳馏出(MMkealh')0.6120.610比为>0.25高佛塔塔顶的温度/C164.4高沸塔回流比的优化商佛塔塔签的温度C37.6537.63确定进料位置为第15块塔板，回流比的范围取0.1~2.0,做回流比对塔顶VC含量的灵敏度分析，分析的结果为:随着5结论回流比增加，塔顶出料VC纯度提高，相应的再沸器和冷凝器利用ASPEN PLUS软件对由精馏、压缩、冷凝和再沸器的换热量也逐渐增大，但回流比大于0.5之后塔顶VC纯度变等组成的氯乙烯精馏程进行了严格的全流程模拟计算。模化不大，考虑到冷凝器和再沸器负倘,为了减少高沸塔的操作拟结果与生产数据基本吻合。通过ASPEN PLUS的灵敏度分费用，故最住回流比为0.5。4.5高沸塔进料位置的优化析等优化功能，分析了影响VC精馏塔的回流比、进料位置、对于高沸塔，塔质的出料即最后的产品,塔顶出料中的馏出率等操作参数对产品质量的影响，优化目标为产品质量和vC含量可以作为衡量塔分离效果的指标。操作费用。对各操作参数分别进行了优化。用优化后的一会操作参数，进行模拟运算结果表明:产品高拂塔进料位置对塔顶产品的灵敏度分析质量提高，操作费用降低。参考文献C : -vc [1]张建候，许锡恩.化工过程分析与计算机模拟[MI.北京:化学工业出版社，1989; 56-61.[2]刘保柱，于凤文，朱菊香. ASPEN PLUS应用于化工原理课程设计的实践]。化工高等教育，2007, (2): 23-25.[3)卢群辉。设备故障诊断与状态监测技术现状及应用探讨[].石油机械，2003， (13): 119.[4)胡林，颜运昌.设备状态监测网及故障诊断系统简介[J].机械制造,2002,高佛坯进料位置(11); 50-51.團3高沸塔进料位 置的灵敏度分析[5]赵琛琛. 工业系统流程模拟利器-ASPEN PLUS[J].电站系统工程, 203,0Fig.3 Feed position sensitivity analysis of the low boiling tower19(2): 56-58.[6]陆恩锡,张慧娟，尹清华。化工过程模拟及相关高新技术小.化工进展，从图3可以看出，随着进料位置下移,塔顶VC含量是增加的，199, (4): 63-64.考虑到再沸器的操作费用，进料位置选在12-28都是合理的。[7]王彩红，林雄超，董敏，等. ASPEN PLUS在化工实验教学和科研中4.6高沸塔馏出比的优化的应用[J]化工时刊, 2009, (6): 73-75.对馏出比作灵敏度分析，分析的结果如下:当塔顶馏出比3}谢扬，并步场ASPFN PIIS化τ蜡划至结在精馏过程中的应用[].化增加时，塔质vc含量先增大，当馏出比大于0.98时，塔质工生产与中国煤化工中VC含量达到最大值，通过分析得知，塔顶馏出比过小会导[9]陈林FJn. 扬子石油化工, 1990.致产品的产率降低，塔釜的残液中VC含量增大。因此，为了满[10)李群0HC N M H G精馏过程的模拟月.科研足生产要求和减少操作热负荷,将馏出比确定为0.95 -0.98合适。与生产，2008，36(): 1-.13.4.7优化的结果最后，确定优化的目的是为了提高产品的质最和降低低沸(本文文献格式:刘兵，张玉宁.氯乙烯精馏过程的模拟及优塔高佛塔的操作费用，参考以上单项灵敏度分析的结果，选化J 广东化工, 2011, 38(5): 135-136)