乙醇胺精馏过程五塔流程模拟分析

第38卷第5期化学工程vl.38N.5010年5月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)May 2010乙醇胺精馏过程五塔流程模拟分析李清元,朱志亮,黄明祥(上海化工研究院,上海200062)摘要:用 ASPEN1L.1化工流程模拟软件,对乙醇胺分离工艺中的蒸氨塔、脱水塔、一乙醇胺塔、二乙醇胺塔、三乙醇胺塔进行了模拟计算,釆用非随机双液体(NRTL)热力学计算模型,并进行了热力学参数修正,通过调整各塔的理论板数、进料位置和回流比,以及后二塔的塔顶回路质量流量等操作参数得出各塔的最佳工艺条件。在最佳工艺条件下,分析了此分离过程的能耗问题。模拟结果表明:五塔流程分离得到的乙醇胺均能达到产品质量要求,T艺流程合理、可靠,对工程设计和T艺操作具有较强的指导作用关键词:乙醇胺; ASPEN.1;精馏;模拟分析中图分类号:TQ028文献标识码:A文章编号:10059954(2010)0508704Simulation analysis of ethanolamine distillation process of five columns flowLI Qing- yuan, ZHU Zhi-liang, HUANG Ming-xingShanghai Research Institute of Chemical Industry, Shanghai 200062, China)Abstract: The design and optimization were carried out for ammon distillation column, dehydeethanolamine column, diethanolymine column and triethanolmine column in the ethanolamine separation process bythe chemical simulation software of ASPENIl. 1 model respectively. Non-random two liquids NrTLthermodynamic calculation model was adopted and somewhat thermodynamics parameters were modified. Howevertheoretical perfect plates, feed stage, and reflux ratio were calculated and the operating parameters of top reflux ofthe two latter columns were adjusted in order to get optimal results for five columns. Under the optimum conditionsthe energy consumption in the distillation was analyzed. The results demonstrate that the ethanolamine products offive-column process meet the quality requirement. The process is reasonable and reliable, and has some referencesignificance for engineering and operationKey words: ethanolamine; ASPEN ll. 1; distillation; simulation analysis乙醇胺是一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、1乙醇胺精制五塔流程工艺简述乙醇胺(TEA)的统称,是重要的精细化工原料乙醇胺五塔精馏工艺流程依次由脱氨塔、脱水被广泛用于合成洗涤剂、各种气体的吸收剂及乳塔、一乙醇胺塔(简称一乙塔)、二乙醇胺塔(简称二化剂,也可用于纺织工业作增白剂、软化剂、清净乙塔)、三乙醇胺塔(简称三乙塔)组成。原料经预剂,还可用于合成医药驱虫药,建筑水泥增强剂,热后进脱氨塔,脱氨塔采用加压操作,控制塔底温度制备染料和合成橡胶的中间体等。另外,乙醇·不高于200℃,经过脱氨塔分离塔顶馏出大部分氨胺在国防工业也有着重要的用途,用作火箭的除气,经过冷却后进入储罐。塔底物料进蒸发器,进一灰剂和燃料组分。步脱氨,蒸发器底部物料进脱水塔,经过脱水塔分随着国内外乙醇胺需求量的增加,研究高效离,塔顶分离出水,塔底含有乙醇胺和聚合物,然后分离工艺的可行性有着重要的意义。本文采用进入一乙塔塔顶得到高纯度乙醇胺产品,塔底物料ASPEN1.1化工流程模拟软件,对乙醇胺精馏五进入二乙塔,由于含有少量的一乙醇胺,在二乙塔塔塔流程进行了模拟计算与分析,确定了工艺优化顶馏操作条件。中国煤化工塔进料物流混合采出高纯度二乙CNMHG作者简介:李清元(1978-),男,硕士工程师从事化工过程分离模拟研究工作,电话:13636460881,(021)52804906,E-mail:lish3600@88化学工程2010年第38卷第5期醇胺产品。塔底物料进入三乙塔,同样由于含有少度三乙醇胺产品,塔底产品含有少量聚合物冷却到量二乙醇胺进入三乙塔,塔顶物流和二乙塔进料物室温后装罐。乙醇胺五塔精馏工艺流程如图1流混合后进入二乙塔。在三乙塔上部侧线采出高纯所示。气乙醇胺原料乙醇胺乙醇酸拿聚合物图1乙醇胺精馏五塔流程Fig. 1 Ethanolamine five-column rectifing flowsheet diagram2乙醇胺原料组成时塔底温度为195-189℃。由于脱氨塔底物料还乙醇胺原料组成如表1所示。含有一定量的氨,直接加入脱水塔会影响脱水塔的分离效果和热负荷,由此脱氨塔底物料经过一个蒸发器表1乙醇胺原料组成后蒸出剩余的氨然后进入脱水塔分离。脱水塔采Table 1 Crude ethanolamine compositions用13块理论板(包括冷凝器和再沸器,下同),进料位氨气环氧乙烷水一乙醇胺置在第4块塔板,操作压力为17.3kPa,脱水塔采用沸点/℃33.5170.3低压操作控制塔底物料温度不高于140℃,经过脱质量分数%400.00132.52·46—水塔的分离,水基本从脱水塔塔顶馏出二乙醇胺三乙醇胺聚合物210沸点℃268.4335.4300-500质量分数%23.450.33模拟模型建立乙醇胺精馏工艺过程是一个复杂的多组分汽液相平衡(2),采用非随机双液体(NRTL)热力学计算模型,并对各塔进行了热力学参数修正,通过参数优140120140160180200220240化确定了各塔进料位置、回流比和侧线采出位置。塔底氨质量流量/(kg·h)采用 DSWTU模块对各塔估算所需的最小理论板图2塔底氨质量流量和温度关系数,据此确定所需的理论板数ation of ammoniaow with temperature at column bottom模拟过程4.2乙醇胺塔4.1脱氨塔和脱水塔同样乙醇胺塔也采用低压操作,一乙塔采用脱氨塔采用5块理论板(包括再沸器),原料预5块理论板进料位置在第3块板操作压力约为热后在塔顶加入,操作压力1.55MPa,脱氨塔采用加1kPa,经过一乙塔塔顶得到质量分数约为99.8%压操作主要是为了提高混合氨气的冷凝温度,以便可的一乙醇胺产品,塔底物料自流进入二乙塔。二乙用工艺水来冷凝,从而降低冷凝剂制冷能耗。塔顶蒸塔采用10块理论板,进料位置在第7块板操作压出大部分的氨调节塔底氨质量分数,由于乙醇胺具力为V凵中国煤化工少量的一乙醇胺有热敏性控制塔底温度不高于200℃,塔底氨质量进入CNMHG顶蒸出少量的流量和塔底温度如图2所示。随着氨质量流量的增乙醇胺,通过调节塔顶流量使进入的一乙醇胺完全加塔底温度下降,当氨质量流量为110-120kg/h脱除,然后返回一乙塔进行分离在二乙塔第3块板李清元等乙醇胺精馏过程五塔流程模拟分析侧线采出质量分数为9.86%的二乙醇胺产品,塔5.1模拟操作参数和物料平衡结果底物料自流进入三乙塔。三乙塔采用16块理论板,物料平衡见表2,各塔的主要操作参数模拟优进料位置在第11块操作压力为0.4kPa,同样调节化值见表3。塔顶物流采出量,然后返回到二乙塔进行分离,由于对三乙醇胺产品质量要求不同,在该塔分离得到表2物料平衡2个不同级别的产品。在三乙塔第4块板侧线采出Table 2 Material equilibrium质量分数为99.93%的三乙醇胺产品,塔底产品三流量进料类别组分收率/%乙醇胺质量分数为90%,含有少量的聚合物,冷却到室温后装罐。进方粗乙醇胺7666.365.52氨水3282.512.3642.5模拟结果分析乙醇胺产品2021.211.4626.36模拟采用某厂生产精乙醇胺2.2万ta,年操作出方二乙醇胺产品1800.041.3023三乙醇胺产品7200h,粗乙醇胺总进料量为3835kgh,重要工艺合计7666.365.52100指标:乙醇胺产品纯度均达到99.8%质量指标。表3模拟优化各塔主要工艺操作参数结果Table 3 Optimized results of main process operation parameters of columns蒸氨塔脱水塔乙塔二乙塔三乙塔理论板数10回流比(质量比)0.582.860.2135.58进料位置塔顶压力/kP1549.8塔底压力/kPa1550.118.1进料温度/℃143.4180.3塔顶温度℃147.6塔底温度/℃192.9133.5180.2194.3冷凝器负荷/(k·h-)666434.12410012.4-1604238.0-3343878.8再沸器负荷/(k·h1917905.2451498.52070663.31551741.43344418.05.2产品质量分析产品质量如表4所示表4产品质量Table 4 Quality of products乙醇胺产品二乙醇胺产品三乙醇胺产品1三乙醇胺产品2产品质量流量/(kg·h2021.211800.04233.6副产品质量流量/(kg·h-)(一乙醇胺)/%1(二乙醇胺)%v(三乙醇胺)%(聚合物)/(水)/%5.850.17中国煤化工一乙醇胺回收率/%二乙醇胺回收率/%CNMHG三乙醇胺回收率/%化学工程2010年第38卷第5期表4中氨水主要由脱氨塔塔顶汽和蒸发器气相五塔精馏工艺流程进行模拟研究,对各种工况操作物料以及脱水塔塔顶物料冷却混合后组成,氨水中条件和各种工艺流程都可以有效地进行比较,然后主要含有氨和水以及微量的一乙醇胺。一乙醇胺产确定最佳值。品代表一乙塔塔顶产品,二乙醇胺产品代表二乙塔(2)通过模拟计算可知,乙醇胺五塔精馏工艺流侧线产品,三乙醇胺产品1代表三乙塔侧线产品,三程合理,对工程设计和工艺操作具有较强的指导作乙醇胺产品2代表三乙塔塔底产品。由表4可看用,有效节能对工艺的操作费用可以有较大的降低。出,乙醇胺产品均能达到质量要求。(3)模拟计算中选择合适的热力学模型,同时5.3模拟工艺耗能分析对热力学模型进行适当的参数修正,这对冷凝器和乙醇胺精馏五塔塔底温位不同需要采用不同再沸器的热负荷有直接影响可以显著降低冷凝器压力的高温水蒸气来供给热量蒸氨塔和三乙塔采和再沸器热负荷用的高温高压蒸汽可以再用来给脱水塔供热,这样(4)模拟过程中,可以对各塔进行参数优化,降可以节省一部分蒸汽消耗,同时利用二乙塔和三乙低塔的热负荷,也可以有效提高塔的分离效率。同塔塔顶冷凝热来预热总进料至90℃,这样可以节省时利用二乙塔和三乙塔顶冷凝热来预热进料以及采部分工艺用水。用脱氨塔和三乙塔加热蒸汽来供给脱水塔热量,可由表3可以看出,二乙塔和三乙塔回流比较大,以有效提高热能利用。分别为30.38和35.58,在塔顶冋路质量流量分别在50-100kg/h的情况下,仍需要较大回流比,这就增加了塔顶塔底的热负荷,在乙醇胺精馏工艺能参考文献:[1]贺继铭国内外乙醇胺生产现状及发展趋勢[].石油耗中占有较大的比重,仍有可以调节的余地。化工技术经济,2007,23(4):5862每t精乙醇胺耗冷却水量为3141t,每,[2]郭天民多元气液平衡和精馏([M北京:石油工业出版社,2002精乙醇胺消耗饱和蒸汽[0.8MPa(g)]量为1.05t。[3]宋海华多级分离理论(一)精馏模拟[M].天津*:天津大学出版社,20056结论4]陈敏恒,丛德滋,方图南等化工原理:下册[M]北1)采用 ASPEN1.1化工模拟软件对乙醇胺京:化学工业出版社,2002【上接第45页】[13]MUKHOPADHYAY M, REDDY MM, MAIKAP G Csequence[J]. 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