氯乙烯精馏过程Aspen模拟_韩飞
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［7］ 廖 丽 华． 氯 乙 烯 精 制 装 置 流 程 模 拟［J］． 氯 碱 工 业， 1994（ 11） ： 22-23．
［8］ 赵琛琛． 工业系统流程模拟利器 Aspen Plus［J］． 电站 系统工程，2003，19（ 2） ： 56-58．
［9］ 谢安俊，刘世军，张华岩，等． 大型化工流程模拟软件 Aspen Plus［J］． 石油与天然气化工，1995，24（ 4） ： 247251．
近些年来，随着工业和经济的发展，市场对聚氯 乙烯（ PVC） 的需求快速增加，应用范围也在逐步提 高，国内的 PVC 产量已经逐渐不能迎合市场的需 求［1］，而改良生产 PVC 的装置成为一个可行的突破 口［2］。在生产 PVC 的时候，尤其是氯乙烯的精馏， 是非常关 键 的 一 个 过 程［3］。 以 往 的 科 学 家 为 了 讨 论不同的热力学模型，用了很多不同的化工流程模 拟软件，做 了 精 馏 塔 物 料 衡 算 及 精 馏 塔 热 量 的 衡 算［4-7］，可极少有人对操作参数是否会影响整个系统 做出研究分析。
3． 阻燃剂的发展现状和开发动向
8． 阳离子活性杀菌剂的合成进展及其结构与杀菌力的关系
［4］ 王文庆，李延辉． Aspen 软件在大型聚乙烯装置上的应 用［J］． 合成树脂及塑料，2004，21（ 3） ： 43-46．
［5］ 杨国恒，彭昌军，何秉忠． 氯乙烯精馏塔的计算［J］． 武 汉化工学院学报，1999，21（ 4） ： 13-16．
［6］ 吴雪妹． 氯乙烯精馏中低沸塔系统的物料衡算电算法 ［J］． 聚氯乙烯，2001（ 1） ： 49-56．
2001 年 01 期 6-10 页 ［下载次数： 557 | 被引频次： 73］
2． 水处理絮凝剂的研究进展
7． 环氧改性水性聚氨酯涂料的合成研究
何慧琴，童仕唐
姜守霞，孙威，周照毅
2001 年 06 期 16-18 页 ［下载次数： 394 | 被引频次： 95］
2003 年 05 期 19-23 页 ［下载次数： 558 | 被引频次： 68］
图 2 低沸塔馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 2 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
at the tower top for the low-boiler tower
1． 1． 2 馏出比和塔釜出料氯乙烯摩尔分数的关系 见图 3。 由图 3 可知，随着馏出比增加，塔釜 VC 的摩尔
分数短暂的上升，D / F = 0． 3 时达到最大值，然后随 着 D /F 的增大而不断减小。故馏出比 0． 3 时为最 佳。
图 4 高沸塔馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 4 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
1． 1． 3 回流比 Ｒ 规定塔板数和进料位置，回流比 增加，将导致塔釜温度降低影响塔底产品的纯度； 减 小回流比 Ｒ，会导致气液相间传质推动力减小，无法 保证产品质量，低沸塔选定在第二块板进料，对冷凝 器再沸器换热量的灵敏度分析表明，最佳回流比为 0． 8。 1． 1． 4 进料位置 F 随着进料板的位置下降，塔釜 VCM 含量逐渐增加，塔顶 VCM 含量逐渐减小，但再 沸器热负荷逐渐增加。因此，在保证塔釜出料纯度 的前提下，尽量降低低沸塔的操作费用，选择在第二 块塔板进料是最合适的。 1． 2 高沸塔灵敏度分析 1． 2． 1 D /F 和高沸塔塔顶氯乙烯摩尔分数关系 见图 4。
13809155931，E － mail： 674623368@ qq． com 通讯联系人： 王虎，长安大学理学院教授，主要研究工程力学。
第7 期
韩飞： 氯乙烯精馏过程 ASPEN 模拟
1357
图 1 为氯乙烯精馏工艺流程简图。
图 1 精馏塔工艺流程图 Fig． 1 The process flow diagram of distillation column
粗氯乙烯首先进入低沸塔（ T1） ，从塔釜输出经
缓冲槽（ B） 进入高沸塔（ T2） 。进料液中 VC 摩尔分
数为 98． 76% ； 重组分为 1，2-二氯乙烷（ EDC） ，摩尔
分数为 0． 53% ； 轻组分为乙炔 （ C2 H2 ） ，摩尔分数
为 0． 11% ； 其余为水。其中 C2 H2 等低沸点杂质通
櫴櫴毷
第 43 卷第 7 期 2014 年 7 月
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应用技术
应用化工 Applied Chemical Industry
Vol． 43 No． 7 Jul． 2014
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氯乙烯精馏过程 Aspen 模拟
韩飞
（ 长安大学 理学院，陕西 西安 710064）
摘 要： 运用化工流程模拟软件 Aspen Plus 对氯乙烯精馏装置低沸塔和高沸塔的操作变量进行灵敏度分析。结果 显示，低沸塔进料位置在第二块板时比之前第八块板可以得到更高纯度的馏出液，低沸塔馏出比由 0． 25 优化到 0． 3，回流比由 0． 5 优化到 0． 8。高沸塔最终优化结果为第四块板进料，馏出比从 0． 93 优化到 0． 95，回流比从 0． 8 优化到 0． 9。 关键词： 氯乙烯精馏； 模拟； 优化 中图分类号： TQ 014 文献标识码： A 文章编号： 1671 － 3206（ 2014） 07 － 1356 － 03
表 1 低沸塔及高沸塔输入数据 Table 1 The input data of low boiling tower and
high boiling tower
项目 塔板数 /块
冷凝器 再沸器 回流比 馏出物与进料比 进料位置 /块 冷凝器压力 / MPa
低沸塔 36
Partial-Vapor Kettle 0． 5 0． 25 8 0． 2
过 T1 首先从塔顶被采出，EDC 等高沸点杂质经高
沸塔从塔釜吸收，最后精 VC 由高沸塔塔顶产出。
使用 Aspen Plus 中的灵敏度分析模块，可以方便的 确定过程对关键操作变量和设计变量的对应关系。 其中涉及到的灵敏度参数有回流比 Ｒ、馏出比 D / F
图 3 低沸塔馏出比和塔釜氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 3 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
本文将以化工过程模拟软件 Aspen Plus 为工 具，研究氯乙烯分离工艺，建立粗氯乙烯的流程模拟 系统［8-9］。分析讨论操作参数是否会影响整个系统。
1 精馏塔的模拟分析
恰当的选择一个热力学模型，可以大大提高计
算的物性的精确度［10］，甚至会影响到模拟结果的精 确程度。Aspen Plus 软 件 提 供 的 有 通 用 化 学 方 程 （ UNIQUAC） 、有规双液方程（ NＲTL） 以及威尔逊方 程（ Wilson） 。该体系的分离模拟计算，以上 3 种模 型都适用，而利用 NＲTL 模型计算的结果最佳。
at the tower bottom for the low-boiler tower
以及进料位置 F。 1． 1 低沸塔灵敏度分析 1． 1． 1 馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系 由 图 2 可知，随着馏出比的增加，塔顶氯乙烯摩尔分数 快速上升，并在 0． 3 处达到最高，之后氯乙烯含量趋 于稳定，不再增加。
at the tower top for the high-boiler tower
1358
应用化工
第 43 卷
由图 4 可知，馏出比的增加导致塔顶纯度先线 性增加，在 D / F 0． 95 时达到最大值，之后下降。故 而最佳馏出比取 0． 95。 1． 2． 2 高沸塔回流比 回流比增加，塔顶 VCM 纯 度提高，塔釜出料 VCM 含量逐步降低，相应的再沸 器和冷凝器的换热量也逐渐增大。但回流比大于 0． 9 之后，塔顶出料 VCM 纯度变化不大，而冷凝器 和再沸器负荷增加较多。考虑到减少高沸塔的操作 费用，选取 0． 9 作为最佳回流比。 1． 2． 3 高沸塔进料位置 塔顶氯乙烯浓度在进料 位置大于第四块板以后趋于稳定，且在第四块板处 达到最大，故取第四块板为高沸塔进料位置。
［10］ 戚一文，放运进． 物性估算在 ASPEN PLUS 软件中的 应用［J］． 浙江化工，2007，38（ 1） ： 9-11．
《应用化工》论文被引频次排行（ 中国知网）
1． 吸附法处理重金属废水的研究进展
6． 聚苯胺及其复合材料研究现状
李江，甄宝勤
汪晓芹，廖晓兰，周安宁，李侃社
2005 年 10 期 4-7，13 页 ［下载次数： 1323 | 被引频次： 95］
The distillation process of vinyl chloride simulated by Aspen
HAN Fei
（ College of Science，Chang’an University，Xi’an 710064，China）
Abstract： Though Aspen Plus software，the analysis of operating variables’sensitivity about vinyl chloride distillation device shows that： as for low boiling tower，feeding in second plate can get higher purity than the eighth plate； distillate ratio should be optimized from 0． 25 to 0． 3； reflux ratio can be improved from 0． 5 to 0． 8． While，high boiling tower’s results shows that： feeding in the fourth plate is optimal，distillate ratio should rise from 0． 93 to 0． 95 and reflux ratio from 0． 8 to 0． 9． Key words： vinyl chloride distillation； simulation； optimization
参考文献：
［1］ 钱 伯 章，朱 建 芳． 聚 氯 乙 烯 的 市 场 分 析 和 技 术 进 展 ［J］． 中国氯碱，2005（ 11） ： 1-5．
［2］ 刘志强． 如何看待电石法 PVC 发展［J］． 聚氯乙烯， 2006（ 6） ： 45-46．
［3］ 王伯英． 聚氯乙烯大全（ 第二卷） ［M］． 北京： 化学工业 出版社，1985．
高沸塔 30 Total
Kettle 0． 8 0． 93
2 0． 2
收稿日期： 2014-04-02 修改稿日期： 2014-05-15 基金项目： 陕西省自然科学基金（ 2013gm5013） 作者简介： 韩飞（ 1991 － ） ，男，陕西西安人，长安大学在读硕士研究生，师从王虎教授，从事工程 力 学 的 研 究。电 话：
优化前 8 0． 25 0． 5 2 0． 93 0． 8
优化后 2 0． 3 0． 8 4 0． 95 0． 9
Hale Waihona Puke Baidu
3 结论
应用 Aspen Plus 对氯乙烯精馏的低沸塔和高沸
塔进行了模拟分析。结果表明，低沸塔进料位置在 第二块板时最佳，馏出比由 0． 25 优化到 0． 3，回流 比由 0． 5 优化到 0． 8； 高沸塔优化为第四块板进料， 馏出比从 0． 93 优化到 0． 95。回流比从 0． 8 优化到 0． 9。
2 模拟优化结果
模拟优化结果见表 2。
表 2 低沸塔及高沸塔优化结果 Table 2 Low boiling tower and high tower’s
optimization results
项目 低沸塔进料板位置 /块
低沸塔馏出比 低沸塔回流比 高沸塔进料板位置 /块 高沸塔馏出比 高沸塔回流比
［8］ 赵琛琛． 工业系统流程模拟利器 Aspen Plus［J］． 电站 系统工程，2003，19（ 2） ： 56-58．
［9］ 谢安俊，刘世军，张华岩，等． 大型化工流程模拟软件 Aspen Plus［J］． 石油与天然气化工，1995，24（ 4） ： 247251．
近些年来，随着工业和经济的发展，市场对聚氯 乙烯（ PVC） 的需求快速增加，应用范围也在逐步提 高，国内的 PVC 产量已经逐渐不能迎合市场的需 求［1］，而改良生产 PVC 的装置成为一个可行的突破 口［2］。在生产 PVC 的时候，尤其是氯乙烯的精馏， 是非常关 键 的 一 个 过 程［3］。 以 往 的 科 学 家 为 了 讨 论不同的热力学模型，用了很多不同的化工流程模 拟软件，做 了 精 馏 塔 物 料 衡 算 及 精 馏 塔 热 量 的 衡 算［4-7］，可极少有人对操作参数是否会影响整个系统 做出研究分析。
3． 阻燃剂的发展现状和开发动向
8． 阳离子活性杀菌剂的合成进展及其结构与杀菌力的关系
［4］ 王文庆，李延辉． Aspen 软件在大型聚乙烯装置上的应 用［J］． 合成树脂及塑料，2004，21（ 3） ： 43-46．
［5］ 杨国恒，彭昌军，何秉忠． 氯乙烯精馏塔的计算［J］． 武 汉化工学院学报，1999，21（ 4） ： 13-16．
［6］ 吴雪妹． 氯乙烯精馏中低沸塔系统的物料衡算电算法 ［J］． 聚氯乙烯，2001（ 1） ： 49-56．
2001 年 01 期 6-10 页 ［下载次数： 557 | 被引频次： 73］
2． 水处理絮凝剂的研究进展
7． 环氧改性水性聚氨酯涂料的合成研究
何慧琴，童仕唐
姜守霞，孙威，周照毅
2001 年 06 期 16-18 页 ［下载次数： 394 | 被引频次： 95］
2003 年 05 期 19-23 页 ［下载次数： 558 | 被引频次： 68］
图 2 低沸塔馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 2 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
at the tower top for the low-boiler tower
1． 1． 2 馏出比和塔釜出料氯乙烯摩尔分数的关系 见图 3。 由图 3 可知，随着馏出比增加，塔釜 VC 的摩尔
分数短暂的上升，D / F = 0． 3 时达到最大值，然后随 着 D /F 的增大而不断减小。故馏出比 0． 3 时为最 佳。
图 4 高沸塔馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 4 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
1． 1． 3 回流比 Ｒ 规定塔板数和进料位置，回流比 增加，将导致塔釜温度降低影响塔底产品的纯度； 减 小回流比 Ｒ，会导致气液相间传质推动力减小，无法 保证产品质量，低沸塔选定在第二块板进料，对冷凝 器再沸器换热量的灵敏度分析表明，最佳回流比为 0． 8。 1． 1． 4 进料位置 F 随着进料板的位置下降，塔釜 VCM 含量逐渐增加，塔顶 VCM 含量逐渐减小，但再 沸器热负荷逐渐增加。因此，在保证塔釜出料纯度 的前提下，尽量降低低沸塔的操作费用，选择在第二 块塔板进料是最合适的。 1． 2 高沸塔灵敏度分析 1． 2． 1 D /F 和高沸塔塔顶氯乙烯摩尔分数关系 见图 4。
13809155931，E － mail： 674623368@ qq． com 通讯联系人： 王虎，长安大学理学院教授，主要研究工程力学。
第7 期
韩飞： 氯乙烯精馏过程 ASPEN 模拟
1357
图 1 为氯乙烯精馏工艺流程简图。
图 1 精馏塔工艺流程图 Fig． 1 The process flow diagram of distillation column
粗氯乙烯首先进入低沸塔（ T1） ，从塔釜输出经
缓冲槽（ B） 进入高沸塔（ T2） 。进料液中 VC 摩尔分
数为 98． 76% ； 重组分为 1，2-二氯乙烷（ EDC） ，摩尔
分数为 0． 53% ； 轻组分为乙炔 （ C2 H2 ） ，摩尔分数
为 0． 11% ； 其余为水。其中 C2 H2 等低沸点杂质通
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第 43 卷第 7 期 2014 年 7 月
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应用技术
应用化工 Applied Chemical Industry
Vol． 43 No． 7 Jul． 2014
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氯乙烯精馏过程 Aspen 模拟
韩飞
（ 长安大学 理学院，陕西 西安 710064）
摘 要： 运用化工流程模拟软件 Aspen Plus 对氯乙烯精馏装置低沸塔和高沸塔的操作变量进行灵敏度分析。结果 显示，低沸塔进料位置在第二块板时比之前第八块板可以得到更高纯度的馏出液，低沸塔馏出比由 0． 25 优化到 0． 3，回流比由 0． 5 优化到 0． 8。高沸塔最终优化结果为第四块板进料，馏出比从 0． 93 优化到 0． 95，回流比从 0． 8 优化到 0． 9。 关键词： 氯乙烯精馏； 模拟； 优化 中图分类号： TQ 014 文献标识码： A 文章编号： 1671 － 3206（ 2014） 07 － 1356 － 03
表 1 低沸塔及高沸塔输入数据 Table 1 The input data of low boiling tower and
high boiling tower
项目 塔板数 /块
冷凝器 再沸器 回流比 馏出物与进料比 进料位置 /块 冷凝器压力 / MPa
低沸塔 36
Partial-Vapor Kettle 0． 5 0． 25 8 0． 2
过 T1 首先从塔顶被采出，EDC 等高沸点杂质经高
沸塔从塔釜吸收，最后精 VC 由高沸塔塔顶产出。
使用 Aspen Plus 中的灵敏度分析模块，可以方便的 确定过程对关键操作变量和设计变量的对应关系。 其中涉及到的灵敏度参数有回流比 Ｒ、馏出比 D / F
图 3 低沸塔馏出比和塔釜氯乙烯摩尔分数的关系曲线 Fig． 3 Ｒelation between distillate to feed ratio and VC content
本文将以化工过程模拟软件 Aspen Plus 为工 具，研究氯乙烯分离工艺，建立粗氯乙烯的流程模拟 系统［8-9］。分析讨论操作参数是否会影响整个系统。
1 精馏塔的模拟分析
恰当的选择一个热力学模型，可以大大提高计
算的物性的精确度［10］，甚至会影响到模拟结果的精 确程度。Aspen Plus 软 件 提 供 的 有 通 用 化 学 方 程 （ UNIQUAC） 、有规双液方程（ NＲTL） 以及威尔逊方 程（ Wilson） 。该体系的分离模拟计算，以上 3 种模 型都适用，而利用 NＲTL 模型计算的结果最佳。
at the tower bottom for the low-boiler tower
以及进料位置 F。 1． 1 低沸塔灵敏度分析 1． 1． 1 馏出比和塔顶氯乙烯摩尔分数的关系 由 图 2 可知，随着馏出比的增加，塔顶氯乙烯摩尔分数 快速上升，并在 0． 3 处达到最高，之后氯乙烯含量趋 于稳定，不再增加。
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应用化工
第 43 卷
由图 4 可知，馏出比的增加导致塔顶纯度先线 性增加，在 D / F 0． 95 时达到最大值，之后下降。故 而最佳馏出比取 0． 95。 1． 2． 2 高沸塔回流比 回流比增加，塔顶 VCM 纯 度提高，塔釜出料 VCM 含量逐步降低，相应的再沸 器和冷凝器的换热量也逐渐增大。但回流比大于 0． 9 之后，塔顶出料 VCM 纯度变化不大，而冷凝器 和再沸器负荷增加较多。考虑到减少高沸塔的操作 费用，选取 0． 9 作为最佳回流比。 1． 2． 3 高沸塔进料位置 塔顶氯乙烯浓度在进料 位置大于第四块板以后趋于稳定，且在第四块板处 达到最大，故取第四块板为高沸塔进料位置。
［10］ 戚一文，放运进． 物性估算在 ASPEN PLUS 软件中的 应用［J］． 浙江化工，2007，38（ 1） ： 9-11．
《应用化工》论文被引频次排行（ 中国知网）
1． 吸附法处理重金属废水的研究进展
6． 聚苯胺及其复合材料研究现状
李江，甄宝勤
汪晓芹，廖晓兰，周安宁，李侃社
2005 年 10 期 4-7，13 页 ［下载次数： 1323 | 被引频次： 95］
The distillation process of vinyl chloride simulated by Aspen
HAN Fei
（ College of Science，Chang’an University，Xi’an 710064，China）
Abstract： Though Aspen Plus software，the analysis of operating variables’sensitivity about vinyl chloride distillation device shows that： as for low boiling tower，feeding in second plate can get higher purity than the eighth plate； distillate ratio should be optimized from 0． 25 to 0． 3； reflux ratio can be improved from 0． 5 to 0． 8． While，high boiling tower’s results shows that： feeding in the fourth plate is optimal，distillate ratio should rise from 0． 93 to 0． 95 and reflux ratio from 0． 8 to 0． 9． Key words： vinyl chloride distillation； simulation； optimization
参考文献：
［1］ 钱 伯 章，朱 建 芳． 聚 氯 乙 烯 的 市 场 分 析 和 技 术 进 展 ［J］． 中国氯碱，2005（ 11） ： 1-5．
［2］ 刘志强． 如何看待电石法 PVC 发展［J］． 聚氯乙烯， 2006（ 6） ： 45-46．
［3］ 王伯英． 聚氯乙烯大全（ 第二卷） ［M］． 北京： 化学工业 出版社，1985．
高沸塔 30 Total
Kettle 0． 8 0． 93
2 0． 2
收稿日期： 2014-04-02 修改稿日期： 2014-05-15 基金项目： 陕西省自然科学基金（ 2013gm5013） 作者简介： 韩飞（ 1991 － ） ，男，陕西西安人，长安大学在读硕士研究生，师从王虎教授，从事工程 力 学 的 研 究。电 话：
优化前 8 0． 25 0． 5 2 0． 93 0． 8
优化后 2 0． 3 0． 8 4 0． 95 0． 9
Hale Waihona Puke Baidu
3 结论
应用 Aspen Plus 对氯乙烯精馏的低沸塔和高沸
塔进行了模拟分析。结果表明，低沸塔进料位置在 第二块板时最佳，馏出比由 0． 25 优化到 0． 3，回流 比由 0． 5 优化到 0． 8； 高沸塔优化为第四块板进料， 馏出比从 0． 93 优化到 0． 95。回流比从 0． 8 优化到 0． 9。
2 模拟优化结果
模拟优化结果见表 2。
表 2 低沸塔及高沸塔优化结果 Table 2 Low boiling tower and high tower’s
optimization results
项目 低沸塔进料板位置 /块
低沸塔馏出比 低沸塔回流比 高沸塔进料板位置 /块 高沸塔馏出比 高沸塔回流比