丁醛精馏塔流程模拟与优化
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由图 2可以看出 , 随进料位置的下降 , 正丁醛
图 4 回流比对侧线采出流股正丁醛含量的影响
2011, 21 (3)
王洪军等 丁醛精馏塔流程模拟与优化
5
由图 4可以看出 , 随着回流比的增加 , 正丁醛 的含量也增加 , 当回流比增加到 28 时 , 正丁醛的 含量超过 01999, 实际取的回流比为 31135。表 4 为两种回流比条件下 , 塔顶 、塔底负荷的变化 。
361ppm 148ppm
4ppm
2ppm
4ppm 15ppm
--
--
46ppm 79ppm
454ppm 412ppm
--
--
--
--
--
--
正丁醛精馏塔塔顶和塔底负荷模拟计算结果 见表 3。
表 3 正丁醛精馏塔塔顶和塔底负荷模拟计算结果
塔顶冷凝器负荷 , kW 塔底再沸器负荷 , kW
设计值 - 15265 20087
1 流程
来自上游装置的含少量异丁醛、C12等的正丁醛 物料进正丁醛精馏塔进行分离操作 。塔顶出料为异丁 醛和小分子混合物 ; 塔底为正丁醛和 C12等大分子混 合物 ; 设置侧线采出作为主物料正丁醛出口 , 主物料 经冷凝后进闪蒸罐 , 然后加压冷却送去储存。正丁醛 精馏塔流程见图 1。
图 1 正丁醛精馏塔流程示意图
4
CHEM ICAL ENG INEER ING D ES IGN
化工设计 2011, 21( 3)
正丁 醛精 馏塔 各流 股组 成模 拟 计 算 结 果 见 表 2。
组分
n2BA n2BOL 2 2EH C12 C16 iso2BOL iso2BA C3 H6 C3 H8 WA TER
(N anjing Yangzi Petrolchem ical D esign Eng ineering Com pany, N anjing 210048) Build up the simulation model of the butyraldehyde distillation column p rocess in butyl and octanol unit by using A spen2p lus p rocess simulation software and compare the simulation result with the design value. Determ ine the op timal operation parametrical condition by using the sensitivity analysis. Key words butyraldehyde distillation column p rocess simulation model
4 结语
(1) 通过 NRTL 物性方法对扬 2巴丁辛醇装置 正丁醛精馏塔进行模拟计算 , 计算结果与设计值 基本一致 。
(2) 通过灵敏度分析 , 确定最佳的进料和侧 线采出位置 。
(3) 在保证侧线采出正丁醛含量的基础上 , 可以适当降低回流比 , 以使精馏塔的负荷有下降 的空间 。
参 考 文 献
塔顶气体采出流股 ( 2223)
设计值 模拟值
塔顶液体采出流股 ( 2222 )
设计值 模拟值
塔釜采出流股 ( 2221 )
设计值 模拟值
------01489 01452 01051 01007
------01872 01102 01009 01007
01001 ------
01994 01002 120ppm 01003
312 讨论 31211 进料位置
进料位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响 见图 2。
的含量先增加后下降 。在第 55 块塔板进料达到最 大值 , 这是因为提馏段太高或太低都会影响整个 塔的效率 , 所以选择在第 55块塔板进料 。 31212 侧线采出位置
侧线采出位置对侧线采出流股正丁醛含量的 影响见图 3。
在 A spen2p lus中 , 所有的单元操作模型都需要 物性参数来计算而生成结果 , 因此物性方法选择 对模拟结果有决定性的影响 。该精馏塔操作含正 丁醛和异丁醛以及少量非极性体系 , 选用 NRTL 物 性方法 。
3 模拟计算结果与讨论
正丁 醛 精 馏 塔 为 PALL 环 填 料 塔 , 选 用 RADFRAC模块模拟 , 根据等板高度折算成 130 块 塔板 , 第 55块塔板进料 , 主物料从第 125 块塔板 侧线采出 。根据资料及经验取板效率为 50% [ 1 ] 。
2011, 21 (3)
王洪军等 丁醛精馏塔流程模拟与优化
3
设 计 技 术
丁醛精馏塔流程模拟与优化
王洪军 3 扬子石油化工设计工程有限责任公司 南京 210048 周 虹 南京医药化工设计研究院有限公司 南京 210004
Hale Waihona Puke Baidu
摘要 利用 A spen2p lus流程模拟软件对丁辛醇装置丁醛精馏塔建立流程模拟模型 , 比较模拟结果与设计
设计值 6315 0102 8719 0103 375117 2712
3383611 184618
模拟值 6315 0102 8717 0103 376811 3418
3383611 182019
3 王洪军 : 助理 工 程 师 。 2007 年 毕 业 于 南 京 工 业 大 学 化 学 工 程 专 业 获 硕 士 学 位 。一 直 从 事 工 程 设 计 工 作 。联 系 电 话 : ( 025 ) 57785888 23506。
该项目采用独特设计的专用破碎剪切技术 、皮革超细粉碎技术设备对皮革废弃物进行粉碎 , 利用皮粉中胶原蛋白的羧 基或氨基通过增容剂或化学反应对皮粉进行改性 , 提高皮粉与橡塑材料的相容性 , 获得性能良好的复合材料 , 作为橡胶制 品的填充剂降低橡胶制品的生产成本 , 改善皮革废弃物粉末与橡胶的相容性 , 提高橡胶的力学性能 , 延长使用寿命 。该项 目的研究开发 , 可对皮革废弃物的资源化再生利用 , 替代或减少石油树脂的用量 , 降低橡塑制品的成本 , 为皮革废弃物资 源的循环利用开辟了一条新途径 。
311 模拟结果 正丁醛精馏塔设计工艺参数模拟计算结果见
表 1。
表 1 正丁醛精馏塔设计工艺参数模拟计算结果
塔顶温度 , ℃ 塔顶压力 , MPa ( G) 塔釜温度 , ℃ 塔釜压力 , MPa ( G) 塔顶液体采出量 , kg/ h 塔顶气体采出量 , kg/ h 侧线采出量 , kg/ h 塔釜采出量 , kg/ h
2 流程模拟
流程模拟是将由许多单元过程组成的化工流 程用数学模型描述 , 并在计算机上通过改变各种 条件 (如回流比等 ) 得到所需要的结果 。用流程 模拟系统来模拟工业流程 , 是工艺工程师进行化 工设计和优化时常用的方法之一 。因此 , 开发了
一些用于 流 程 模 拟 的 软 件 , 应 用 比 较 广 泛 的 有 A spen2p lus、 Pro2II等 。A spen2p lus是 A spen Tech公 司最早开发的稳态模拟软件 , 现已成为标准流程 模拟软件 。该软件包括由 50 多种单元设备模型组 成的模型库及 5000 种物质的物性数据库 , 在科研 开发 2工 程 设 计 2生 产 管 理 各 个 阶 段 均 有 广 泛 的 应用 。
1 汪镇安等. 化工工艺设计手册 工业出版社 , 2003. 7.
(上册 ) [M ]. 北京 : 化学 (修改回稿 2011 - 03 - 02)
皮革废弃物用作橡塑填充材料新技术
浙江丰利粉碎设备有限公司携手宁波工程学院 , 从 2007年开始产学研合作 , 联合攻关皮革废弃物资源化利用课题 , 共 同承担的 “皮革废弃物用作橡塑填充材料技术开发及产业化 ”项目 , 该项目被列入浙江省 2008年度第一批重大科技专项 (计划编号 : 2008C11001 - 2) 。为进一步推进这一工程 , 又于 2009年 8月 18日成立了 “废弃生物质资源化及装备工程技术 中心 ”, 开展废弃生物质资源化及成套装备技术的研发 , 提升我国废弃生物质资源化技术创新能力 。该项目日前通过验收 。
据悉 , 我国是世界皮革的加工中心 、制革大国 , 每年产生约 140 万吨的皮革废弃物 , 在给环境造成污染的同时 , 其中 的优质胶原蛋白和三氧化二铬也大量流失 , 造成了生物资源的巨大浪费 。因此 , 大力开发制革废弃皮胶原的资源化利用技 术意义重大 。
而现阶段 , 国内采用普通粉碎设备对皮革废弃物进行粉碎 , 粉碎后的皮粉粒径较大 , 只能应用于生产再生皮革 , 回收 附加值低 。如要让皮粉用于改性塑料和橡胶中 , 必须达到足够的细度 , 才有利于通过反应提高塑料和橡胶与皮粉的相 容性 。
模拟值 - 15219 20034
由于原流程塔顶蒸气冷凝后先经过一个闪蒸 罐 , 然后再回流 , 而在 A spen2p lus RADFRAC模块 中没有闪蒸罐 , 因此塔顶气体和液体采出流股中 小分子的组分含量模拟结果与设计值不一致 。且 此流股相对量比较小 , 对考察侧线采出流股 、塔 顶液体采出流股和塔釜采出流股影响较小 。其他 模拟结果与设计值基本一致 , 因此从考察主要因 数角度考虑 , 该模拟流程是符合本装置 , 且是可 靠的 。
01009 ------
01983 01004 442ppm 01003
01730 01042 01013 01207 01002 01005
-----
01721 01041 01015 01216 01002 01005 25ppm
----
侧线采出流股 ( 2226 )
设计值 模拟值
01999 01999
图 3 侧线采出位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响
由图 3可以看出 , 随侧线采出流股的位置的下 降 , 侧线采出流股正丁醛的含量先升后降 , 在第 125块塔板时 , 达到最大值 。选择在第 125 块塔板 作为侧线采出位置 。 31213 回流比
回流比对侧线采出流股正丁醛含量的影响见 图 4。
图 2 进料位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响
目前 , 该项目开发了皮革废弃物超细粉碎工艺及成套设备 , 并研究了皮粉在聚乙烯和橡胶等中的应用技术 。该技术在 皮革废弃物粉碎技术及装备 、聚乙烯 /皮粉增容技术等方面有创新 , 已申请发明专利 2项 , 发表论文 4篇 。通过项目实施 , 完成了皮革废弃物粉碎成套装备的产业化 , 已有多条皮革废弃物改性橡塑材料生产线在浙江 、江苏等地企业成功应用 ; PE /皮粉复合材料经法定单位检测 , 所测指标符合要求 。产品经用户使用 , 反映良好 , 具好较好的社会经济效益 。
(吴宏富 )
2011, 21 (3) ABSTRACTS OF CHEM ICAL ENGINEER ING DESIGN
1
A BSTRAC TS
S im ula tion and O ptim iza tion of Butyra ldehyde D istilla tion Column Process W ang Hongjun, et al
表 4 回流比 R = 31135和 R = 28下塔顶塔底负荷
塔顶冷凝器负荷 , kW 塔底再沸器负荷 , kW
R = 31135 - 15219 20034
R = 28 - 13645 18460
相差 ( % ) 1013 718
由表 4可以看出 , 降低回流比可以减少塔顶冷 凝器和塔底再沸器的负荷 。因此在满足侧线采出 正丁醛的含量要求的基础上 , 可以适当降低回流 比 , 从而降低塔的负荷 , 节约操作成本 。
进料流股 ( 2220)
设计值 模拟值
01891
01891
01002
01002
700ppm 700ppm
01010
01010
100ppm 100ppm
300ppm 300ppm
01095
01095
500ppm 500ppm
50ppm
50ppm
300ppm 300ppm
表 2 正丁醛精馏塔各流股组成模拟计算结果
值 , 通过灵敏度分析 , 确定最佳操作参数条件 。
关键词 丁醛 精馏塔 流程模拟 模型
250kt/ a丁辛醇装置为扬子 2巴斯夫一体化工程 9套工艺装置之一 , 该装置以丙烯 、氧气等为原 料 , 经过反应和精馏等操作生产丁辛醇 。丁辛醇 主要应用于油漆 、树脂和其它涂料的溶剂 , 还可 用于制增塑剂等 , 在医药和工业上具有广泛的用 途 。根据市场需求的变化 , 扬子 2巴斯夫进行二期 扩能改 造 。为 更 好 地 服 务 于 该 改 造 项 目 , 进 行 250kt/ a丁辛醇装置丁醛精馏塔流程模拟及优化 , 发现问题并提出解决方案 , 以提高经济效益 。
图 4 回流比对侧线采出流股正丁醛含量的影响
2011, 21 (3)
王洪军等 丁醛精馏塔流程模拟与优化
5
由图 4可以看出 , 随着回流比的增加 , 正丁醛 的含量也增加 , 当回流比增加到 28 时 , 正丁醛的 含量超过 01999, 实际取的回流比为 31135。表 4 为两种回流比条件下 , 塔顶 、塔底负荷的变化 。
361ppm 148ppm
4ppm
2ppm
4ppm 15ppm
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46ppm 79ppm
454ppm 412ppm
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正丁醛精馏塔塔顶和塔底负荷模拟计算结果 见表 3。
表 3 正丁醛精馏塔塔顶和塔底负荷模拟计算结果
塔顶冷凝器负荷 , kW 塔底再沸器负荷 , kW
设计值 - 15265 20087
1 流程
来自上游装置的含少量异丁醛、C12等的正丁醛 物料进正丁醛精馏塔进行分离操作 。塔顶出料为异丁 醛和小分子混合物 ; 塔底为正丁醛和 C12等大分子混 合物 ; 设置侧线采出作为主物料正丁醛出口 , 主物料 经冷凝后进闪蒸罐 , 然后加压冷却送去储存。正丁醛 精馏塔流程见图 1。
图 1 正丁醛精馏塔流程示意图
4
CHEM ICAL ENG INEER ING D ES IGN
化工设计 2011, 21( 3)
正丁 醛精 馏塔 各流 股组 成模 拟 计 算 结 果 见 表 2。
组分
n2BA n2BOL 2 2EH C12 C16 iso2BOL iso2BA C3 H6 C3 H8 WA TER
(N anjing Yangzi Petrolchem ical D esign Eng ineering Com pany, N anjing 210048) Build up the simulation model of the butyraldehyde distillation column p rocess in butyl and octanol unit by using A spen2p lus p rocess simulation software and compare the simulation result with the design value. Determ ine the op timal operation parametrical condition by using the sensitivity analysis. Key words butyraldehyde distillation column p rocess simulation model
4 结语
(1) 通过 NRTL 物性方法对扬 2巴丁辛醇装置 正丁醛精馏塔进行模拟计算 , 计算结果与设计值 基本一致 。
(2) 通过灵敏度分析 , 确定最佳的进料和侧 线采出位置 。
(3) 在保证侧线采出正丁醛含量的基础上 , 可以适当降低回流比 , 以使精馏塔的负荷有下降 的空间 。
参 考 文 献
塔顶气体采出流股 ( 2223)
设计值 模拟值
塔顶液体采出流股 ( 2222 )
设计值 模拟值
塔釜采出流股 ( 2221 )
设计值 模拟值
------01489 01452 01051 01007
------01872 01102 01009 01007
01001 ------
01994 01002 120ppm 01003
312 讨论 31211 进料位置
进料位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响 见图 2。
的含量先增加后下降 。在第 55 块塔板进料达到最 大值 , 这是因为提馏段太高或太低都会影响整个 塔的效率 , 所以选择在第 55块塔板进料 。 31212 侧线采出位置
侧线采出位置对侧线采出流股正丁醛含量的 影响见图 3。
在 A spen2p lus中 , 所有的单元操作模型都需要 物性参数来计算而生成结果 , 因此物性方法选择 对模拟结果有决定性的影响 。该精馏塔操作含正 丁醛和异丁醛以及少量非极性体系 , 选用 NRTL 物 性方法 。
3 模拟计算结果与讨论
正丁 醛 精 馏 塔 为 PALL 环 填 料 塔 , 选 用 RADFRAC模块模拟 , 根据等板高度折算成 130 块 塔板 , 第 55块塔板进料 , 主物料从第 125 块塔板 侧线采出 。根据资料及经验取板效率为 50% [ 1 ] 。
2011, 21 (3)
王洪军等 丁醛精馏塔流程模拟与优化
3
设 计 技 术
丁醛精馏塔流程模拟与优化
王洪军 3 扬子石油化工设计工程有限责任公司 南京 210048 周 虹 南京医药化工设计研究院有限公司 南京 210004
Hale Waihona Puke Baidu
摘要 利用 A spen2p lus流程模拟软件对丁辛醇装置丁醛精馏塔建立流程模拟模型 , 比较模拟结果与设计
设计值 6315 0102 8719 0103 375117 2712
3383611 184618
模拟值 6315 0102 8717 0103 376811 3418
3383611 182019
3 王洪军 : 助理 工 程 师 。 2007 年 毕 业 于 南 京 工 业 大 学 化 学 工 程 专 业 获 硕 士 学 位 。一 直 从 事 工 程 设 计 工 作 。联 系 电 话 : ( 025 ) 57785888 23506。
该项目采用独特设计的专用破碎剪切技术 、皮革超细粉碎技术设备对皮革废弃物进行粉碎 , 利用皮粉中胶原蛋白的羧 基或氨基通过增容剂或化学反应对皮粉进行改性 , 提高皮粉与橡塑材料的相容性 , 获得性能良好的复合材料 , 作为橡胶制 品的填充剂降低橡胶制品的生产成本 , 改善皮革废弃物粉末与橡胶的相容性 , 提高橡胶的力学性能 , 延长使用寿命 。该项 目的研究开发 , 可对皮革废弃物的资源化再生利用 , 替代或减少石油树脂的用量 , 降低橡塑制品的成本 , 为皮革废弃物资 源的循环利用开辟了一条新途径 。
311 模拟结果 正丁醛精馏塔设计工艺参数模拟计算结果见
表 1。
表 1 正丁醛精馏塔设计工艺参数模拟计算结果
塔顶温度 , ℃ 塔顶压力 , MPa ( G) 塔釜温度 , ℃ 塔釜压力 , MPa ( G) 塔顶液体采出量 , kg/ h 塔顶气体采出量 , kg/ h 侧线采出量 , kg/ h 塔釜采出量 , kg/ h
2 流程模拟
流程模拟是将由许多单元过程组成的化工流 程用数学模型描述 , 并在计算机上通过改变各种 条件 (如回流比等 ) 得到所需要的结果 。用流程 模拟系统来模拟工业流程 , 是工艺工程师进行化 工设计和优化时常用的方法之一 。因此 , 开发了
一些用于 流 程 模 拟 的 软 件 , 应 用 比 较 广 泛 的 有 A spen2p lus、 Pro2II等 。A spen2p lus是 A spen Tech公 司最早开发的稳态模拟软件 , 现已成为标准流程 模拟软件 。该软件包括由 50 多种单元设备模型组 成的模型库及 5000 种物质的物性数据库 , 在科研 开发 2工 程 设 计 2生 产 管 理 各 个 阶 段 均 有 广 泛 的 应用 。
1 汪镇安等. 化工工艺设计手册 工业出版社 , 2003. 7.
(上册 ) [M ]. 北京 : 化学 (修改回稿 2011 - 03 - 02)
皮革废弃物用作橡塑填充材料新技术
浙江丰利粉碎设备有限公司携手宁波工程学院 , 从 2007年开始产学研合作 , 联合攻关皮革废弃物资源化利用课题 , 共 同承担的 “皮革废弃物用作橡塑填充材料技术开发及产业化 ”项目 , 该项目被列入浙江省 2008年度第一批重大科技专项 (计划编号 : 2008C11001 - 2) 。为进一步推进这一工程 , 又于 2009年 8月 18日成立了 “废弃生物质资源化及装备工程技术 中心 ”, 开展废弃生物质资源化及成套装备技术的研发 , 提升我国废弃生物质资源化技术创新能力 。该项目日前通过验收 。
据悉 , 我国是世界皮革的加工中心 、制革大国 , 每年产生约 140 万吨的皮革废弃物 , 在给环境造成污染的同时 , 其中 的优质胶原蛋白和三氧化二铬也大量流失 , 造成了生物资源的巨大浪费 。因此 , 大力开发制革废弃皮胶原的资源化利用技 术意义重大 。
而现阶段 , 国内采用普通粉碎设备对皮革废弃物进行粉碎 , 粉碎后的皮粉粒径较大 , 只能应用于生产再生皮革 , 回收 附加值低 。如要让皮粉用于改性塑料和橡胶中 , 必须达到足够的细度 , 才有利于通过反应提高塑料和橡胶与皮粉的相 容性 。
模拟值 - 15219 20034
由于原流程塔顶蒸气冷凝后先经过一个闪蒸 罐 , 然后再回流 , 而在 A spen2p lus RADFRAC模块 中没有闪蒸罐 , 因此塔顶气体和液体采出流股中 小分子的组分含量模拟结果与设计值不一致 。且 此流股相对量比较小 , 对考察侧线采出流股 、塔 顶液体采出流股和塔釜采出流股影响较小 。其他 模拟结果与设计值基本一致 , 因此从考察主要因 数角度考虑 , 该模拟流程是符合本装置 , 且是可 靠的 。
01009 ------
01983 01004 442ppm 01003
01730 01042 01013 01207 01002 01005
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01721 01041 01015 01216 01002 01005 25ppm
----
侧线采出流股 ( 2226 )
设计值 模拟值
01999 01999
图 3 侧线采出位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响
由图 3可以看出 , 随侧线采出流股的位置的下 降 , 侧线采出流股正丁醛的含量先升后降 , 在第 125块塔板时 , 达到最大值 。选择在第 125 块塔板 作为侧线采出位置 。 31213 回流比
回流比对侧线采出流股正丁醛含量的影响见 图 4。
图 2 进料位置对侧线采出流股正丁醛含量的影响
目前 , 该项目开发了皮革废弃物超细粉碎工艺及成套设备 , 并研究了皮粉在聚乙烯和橡胶等中的应用技术 。该技术在 皮革废弃物粉碎技术及装备 、聚乙烯 /皮粉增容技术等方面有创新 , 已申请发明专利 2项 , 发表论文 4篇 。通过项目实施 , 完成了皮革废弃物粉碎成套装备的产业化 , 已有多条皮革废弃物改性橡塑材料生产线在浙江 、江苏等地企业成功应用 ; PE /皮粉复合材料经法定单位检测 , 所测指标符合要求 。产品经用户使用 , 反映良好 , 具好较好的社会经济效益 。
(吴宏富 )
2011, 21 (3) ABSTRACTS OF CHEM ICAL ENGINEER ING DESIGN
1
A BSTRAC TS
S im ula tion and O ptim iza tion of Butyra ldehyde D istilla tion Column Process W ang Hongjun, et al
表 4 回流比 R = 31135和 R = 28下塔顶塔底负荷
塔顶冷凝器负荷 , kW 塔底再沸器负荷 , kW
R = 31135 - 15219 20034
R = 28 - 13645 18460
相差 ( % ) 1013 718
由表 4可以看出 , 降低回流比可以减少塔顶冷 凝器和塔底再沸器的负荷 。因此在满足侧线采出 正丁醛的含量要求的基础上 , 可以适当降低回流 比 , 从而降低塔的负荷 , 节约操作成本 。
进料流股 ( 2220)
设计值 模拟值
01891
01891
01002
01002
700ppm 700ppm
01010
01010
100ppm 100ppm
300ppm 300ppm
01095
01095
500ppm 500ppm
50ppm
50ppm
300ppm 300ppm
表 2 正丁醛精馏塔各流股组成模拟计算结果
值 , 通过灵敏度分析 , 确定最佳操作参数条件 。
关键词 丁醛 精馏塔 流程模拟 模型
250kt/ a丁辛醇装置为扬子 2巴斯夫一体化工程 9套工艺装置之一 , 该装置以丙烯 、氧气等为原 料 , 经过反应和精馏等操作生产丁辛醇 。丁辛醇 主要应用于油漆 、树脂和其它涂料的溶剂 , 还可 用于制增塑剂等 , 在医药和工业上具有广泛的用 途 。根据市场需求的变化 , 扬子 2巴斯夫进行二期 扩能改 造 。为 更 好 地 服 务 于 该 改 造 项 目 , 进 行 250kt/ a丁辛醇装置丁醛精馏塔流程模拟及优化 , 发现问题并提出解决方案 , 以提高经济效益 。