空分冷箱工艺流程模拟

上海化工VoL39 No 1216·Shanghai Chemical IndustryDec.2014作研究空分冷箱工艺流程模拟何一夫中石化南京工程有限公司(江苏南京211000摘要利用 Aspen Plus软件对空分冷箱工艺进行模拟,并对模型状态方程中关键组分的二元交互作用参数进行修改模拟结果与设计值十分吻合。模拟结果表明:各组分含量温度和流量的误差均在1%之内。由此可知,优化的模型可以较好地应用于空分冷箱工艺流程模拟。关键词 Aspen Plus流程模拟空分冷箱工艺二元交互作用参数中图分类号TP319Aspen Plus软件是由美国 Aspen Tech公司开发的通用工艺模拟软件,可用于化工产品生产、炼油等工艺流程的模拟计算。 Aspen Plus具有多种热力学模型,含有大量的物性参数以及混合物数据与表征方法。全球各大化工、石化生产厂家及著名工程公司大多数是 Aspen Plus的用户。空气分离技术是最典型的公用工程技术,被广泛应用于化工、钢铁等行业。近年来,随着煤化工装置规模的不断扩大,煤气化对氧气的需求量不断增大,在煤化工产业发展的推动下,以深冷分离为主的空气分离技术在产业链中日趋重要冷箱作为空分装置中最为重要的设备直是研究的热点和难点,迄今为止用 Aspen Plus1-高压塔;2-低压塔;3-粗氩塔;4-纯氩塔对空分冷箱工艺进行流程模拟的文章很少有报道。图1空分冷箱工艺模拟流程(带氩增效装置)1模拟计算压缩至所需压力再送至主换热器复热得到高压氧气,出界区供给用户。因为氧和氩的沸点(分别为1.1模拟流程的建立183℃和-186℃)十分相近,为了彻底分离氧和结合 Aspen Plus的使用特点,绘制空分冷箱(带氩,提高氧的提取率,空分装置中常常增加氩增效装氩增效装置)工艺模拟流程(如图1所示)。置(粗氩塔和纯氩塔),一方面可提高氧的提取率,另12模拟流程的说明一方面可得到纯氩产品。在高压塔中,富氧液化空气经由过冷冷却器冷13物性及模块的选择却后节流进入低压塔,作为其回流液;高压氮气经由空气分离系统的主要气体组分为N2O2和Ar,主换热器复热后,出界区供给用户。而在低压塔中,本模拟的物性模型选用状态方程模型,物性方法拟废气从塔上部抽出经由过冷冷却器冷却和主换热器选用PENG-ROB但该模型中关键组分N2、O2Ar三复热后,一部分作为变温吸附器的再生气,另一部分者之间的二元交互作用参数适用的温度范围很难涵作为直接接触后冷却器的冷源;低压氮气从塔顶部盖空分冷箱工艺实际操作的温度范围,所以要想准抽出后经由过冷冷却器冷却和主换热器复热后,出确模拟该工艺流程,需对其关键组分的二元交互作界区供给用户;低压液氧从塔底部直接抽出,至储存用参数进行相应修改,相关公式如下区域备用或出界区供给用户;低压氧气经由主换热器复热后,出界区供给用户;低压液氧先经由液氧泵b V(V+b)+b(Vm-b作者简介:何一夫男1982年生硕士工程师主要从事化工工艺设计和流程模拟工作第12期何一夫:空分冷箱工艺流程模拟表3单元操作模块b=∑xb,a=∑∑xx(a)(1-k,)名称名称模块b, fcn(T i, Pei), a fen(T, T i,Pa,.),k,=k混合器MIXER分流器FSPLIT其中,p——压力;v—体积;R—气体常数;7—温度;a高压塔RADFRAC低压塔 RADFRACb—方程常数;k—二元交互作用参数。粗氩塔RADFRAC纯氩塔RADFRAC修改后的PENG-ROB模型中二元交互作用参过冷冷却器 MHEATX液氧泵PUMP数详见表1和表2,建模过程中主要设备采用的Aspen Plus内置模块详见表3。塔有45块理论塔板,低压塔有80块理论塔板;(2)14假设粗氩塔有150块理论塔板,纯氩塔有40块理论塔为简化模拟过程作出以下几点假设:(1)高压板;(3)高压塔塔顶冷凝器吸收的热量全部传递给表1修改后的PENG-ROB模型低压塔和高压塔中低压塔塔釜再沸器。二元交互作用参数2模拟结果低压塔高压塔关键物流的模拟结果详见表4和表5,温度和组分访O2ArN2O2流量的相对误差都很小,在1%内;物流组分的相对N2-00119-0002600095-00026误差基本上也在1%内;个别微量组分的相对误差00210-0011900104-00095稍大,但绝对误差也在1×106内,究其原因,是其自Ar0.02100.00260.01040.0026身含量太低(106级别)。由此可知,修改后的模型可表2修改后的PENG-ROB模型粗氩塔和纯塔中二元交互作用参数以较好地应用于空分冷箱工艺流程模拟。粗塔纯塔3结论组分访O2本文在 Aspen Plus的操作平台上建立了空分冷N2-00119-00026-0011900026箱工艺模型,并对模型状态方程中关键组分的二元00048-0011900160-00119交互作用参数进行了修正,模拟结果与设计值十分Ar000480.002600160026吻合。模拟结果表明:各组分含量,温度和流量的误表4关键物流模拟结果(低压塔和高压塔款低压塔塔顶低压氮气餐压塔塔盖液氧高压塔塔顶液氯汉高压塔塔签粗组分设计值模拟值设计值模拟值设计值模拟值设计值模拟值N-099990999900.999809998060890608924x10623x1060.99730997280x1067.6×1060.375703758903×1039.13x1050.002700028000020015400153温度K7990798793.4194.8694.8399219929流量Nmh)1586499158640056000560003418906375189063001224044712240400表5关键物流模拟结果(粗氩塔和纯氩塔)粗氨塔塔顶粗氲气悲粗氲塔塔益粗液氧纯纯氨塔塔釜纯氤组分设计值模拟值设计值模拟值设计值模拟值000475.91x105586x1035x104x109x109x10709199091979×10710x1060995209953008000080210000温度K892189209287928889208900流量/Nm2h)1899.331898.8258360.175836167298l.66298388上海化工第39卷差均在1%内。由此可知,优化后的模型可以较好地2马金亮. AspenPlus软件模拟计算空分设备流程的修正应用于空分冷箱工艺流程模拟。深冷技术,20053:19-21参考文献3]李晓黎,亢万忠.大型空分装置在煤化工中的应用与发[]王静康.化工设计LM北京:化学工业出版社,1995展化肥工业,2011,38(5):8-11276-290收稿日期:2014年8月Process Simulation for Cold Box of Air Separation UnitHe yifuAbstract: Simulates the cold box process of air separation unit model by Aspen Plus software, and modifies thection parameters of key components in the simulated equation of state. The simulation results perfectlycoincide with the design values. The simulation results indicate that the errors between component contents, temperaturesand flows are within one percent. It can be seen that the optimized model can be well applied in the simulation for coldbox of air separation unit.Key words: Aspen Plus; Process simulation; Air separation; Cold box process; Binary interaction parameter共话行业发展同谋绿色未来中化国际携下属企业首席赞助米其林必比登挑战赛2014年11月11日,以“可持义、中化国际总经理张增根等专程带灌木草地生态的最佳系统,对维续交通、成就美好生活”为主題的赴蓉参加必比登挑战赛。赛事举办护热区生态平衡发挥重要作用。第12届“米其林必比登挑战赛”在期间,中化国际组织了“轮胎行业作为行业可持续发展的倡导成都拉开帷幕,并持续至15日。作的可持续发展”专题研讨会,同时者和践行者之一,江苏圣奧始终将为赛事首席赞助商,中化国际(控参与“领导者论坛”等赛事各项活绿色环保理念贯穿于研发和生产股)股份有限公司(以下简称中化动,与米其林、福特等业界领袖企过程中,在改进工艺流程、实现“三国际)携旗下新加坡GMG业以及中国橡胶工业协会等机构废”零排放的冋时,积极开发安全GLOBAL(以下简称GMG)和全球团体一起,共同商讨行业的绿色、环保、高性能、高技术含量的橡胶领先的橡胶化学品供应商江苏圣循环和可持续发展。化学品。由其自主研发的产品被业奥化学科技有限公司(以下简称江与此同时,中化国际通过设立界赞为“轮胎看不见的功臣”,已被苏圣奥)一起,向全球道路交通行在展馆内的主题为“成就绿色里米其林等世界主要轮胎制造商所业展示天然橡胶及橡胶化学品领程”展台,向公众展示热带森林生使用,是推进道路交通可持续发展域的最新技术解决方案,与合作客态系统、三废零排放等循环经济创不可或缺的重要力量。户共同探讨应对道路交通可持续新解决方案和可持续发展技术。米其林必比登挑战赛”是以发展所面临的挑战。这也是该项赛GMG目前管理着位于非洲的实现清洁、安全、便利、连接畅通和事创立十余年来首次出现中国本48亿m3的天然橡胶种植园,同时经济实用的交通为目标的创新型土汽车轮胎原材料供应商的身影,拥有位于东南亚和非洲总年产能“思想与行动”智库,自1998年创将从更大程度上推动行业视野向达到52.7万t的12家橡胶加工办以来,一直以世界巡回的形式举产业链前端聚焦,助力产业空间的厂。天然橡胶林是可持续发展的热办。今年是该项赛事笫三次来到中纵深发展带森林生态系统,是无污染可再生国,也是第一次落户中国西部地中国中化集团公司总裁蔡希的自然资源,被联合国人与生物圈区。有、副总裁兼中化国际董事长潘正委员会赞誉为取代低质低效的热(Grace