PX生产工艺-双效精馏研究说明书讲解

PX生产工艺-双效精馏研究说明书

作品内容简介

双效精馏是将两个精馏塔串联起来工作的一种精馏方式，通过利用精馏塔塔顶余热，进而提高热能的利用率。在双效精馏中，相同规格、相同产量，随效数增加，热负荷减少，操作费用下降。但是效数越多，设备的固定投资越大，且随效数的增加，蒸发室的压力越来越小，可利用余热越来越少。综合节能、经济、可行性、市场需求等多种因素，设计一套PX 生产中节能分离装置——双效精馏分离甲苯和混合二甲苯装置。双效精馏分离甲苯和混合二甲苯装置中，利用加压精馏塔冷凝器作为热源，向常压精馏塔再沸器(热井)供热，将加压精馏塔冷凝器和常压精馏塔再沸器耦合成冷凝再沸器，实现热集成，达到节能目的。

1 研制背景及意义

对二甲苯(PX)是石化工业重要的基本有机原料之一，被广泛应用于化纤、合成树脂、农药、医药、塑料等国民经济的各个方面。目前我国是世界最大的PX生产国，占全球总产能的20%，也是最大的消费国，消费量占全世界的38%。中国石油化工集团公司经济技术研究院发布的报告称，作为重要的化工原料，近两年国内PX的短缺情形愈加明显。

精馏是石油化工行业重要的分离操作单元，世界上约95%互溶液体混合物的分离都是用精馏操作的。精馏又是耗能较高的单元操作，在产品生产成本中占有较大的比重，降低生产过程中的能耗是降低产品生产成本提高竞争能力的关键之一。

该方案以年产70吨PX生产为背景，进行模拟设计。

2 设计方案

我们的设计作品是通过Aspen Plus软件进行。Aspen Plus是AspenTech工程套装软件(AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。Aspen Plus在整个工艺装置的从研发、工程到生产生命周期中，提供了经过验证的巨大的经

济效益。它将稳态模型的功能带到工程桌面，传递着无与伦比的模型功能和方便使用的组合。利用Aspen Plus 公司可以设计、模拟、故障诊断和管理有效益的生产装置。 我们的设计方案是以年产70万吨对二甲苯为背景，对常规精馏、逆流双效精馏、顺流双效精馏、平流双效精馏进行Aspen Plus 软件模拟，并对模拟结果加以比较研究，选择一套更为合理的方案用于PX 的生产。

○1液相为非理想物系；○2汽相为理想气体；○3用NRTL 方程计算汽-液相平衡数据；○4忽略热损，本次研究的目的是要得出上述三种方式的双效精馏与单塔精馏相比较，其节能效率，必须要模拟出单塔及各双效精馏塔的能耗，然后计算出节能效率。

3 理论设计计算

相关公式： 3.1物料衡算

F ——原料液流量 kmol/h

⎩⎨

⎧+=+=Wx

D Fx W D F F y

D ——气相产品流量 kmol/h W ——液相产品流量 kmol/h

F x 、y 、x ——分别表示为原料液、气相和液相产品的组成、摩尔分数。

易挥发组分回收率：

%100y

1⨯=

F

Fx D η 难挥发组分回收率：

%100)

1()

1(2⨯--=

F x F x W η

3.2塔板数的确定

由操作线方程和平衡线方程决定。 精馏段操作线方程：

1+n y ——精馏段第n 层板下降液体中易挥发组分的摩尔分数。

n

x ——精馏塔第n+1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数。

回流比：

D L R =

提馏段操作性方程：

1+m y ——提馏段第m+1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数。

m x ——提馏段第m 层板下降液体中易挥发组分的摩尔分数。 w

x ——釜残液中易挥发组分的摩尔分数。

操作线方程：

1

11

+++=+R x x R R

y n n w

m m x W

qF L W x W qF L qF L y -+--++=+1

α——溶液中易挥发组分的相对挥发度。 3.3最小回流比的确定

q

x 、

q

y ——q 线与平衡线的交点坐标。

3.4适宜回流比

3.5塔径计算

u

V

D π4=

U ——空塔气速，m/s ； D ——精馏塔内径，m ；

V ——塔内上升蒸汽的体积流量，

s m 3; 具体计算由化工专业软件Aspen 模拟确定。

4 工作原理及性能分析

Aspen Plus 软件包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。

数据库原理：物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方法标准化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus 数据库包括将近6000 种纯组分的物性数据

软件原理：Aspen Plus 是Aspen 工程套件（AES ）的一个组份。AES 是集成的工程产品

q

q q D x y y x R --=

min min

)0.2~2.1(R R =

套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的AspenTech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。

算法原理：唯一将序贯（SM）模块和联立方程（EO）两种算法同时包含在一个模拟工具中。序贯算法提供了流程收敛计算的初值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间。

结构原理：除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块：通用混合、物流分流、子物流分流和组分分割模块；包括两相、三相和四相的闪蒸模块；精馏模型等等。

具体性能分析如下：

4.1 常规精馏

4.1.1工艺流程图

4.1.2工艺流程

物料由FEED股进入，经精馏塔分离DIST流股流出质量分数为99%的PX，BOT流股流出99%的甲苯。

4.1.3工艺参数

项目塔高m 塔径m 塔板数块进料板块