新型塔内件技术在有机硅单体精馏分离中的应用

本文采用高效导向梯形浮阀及其高效塔内件技术并结合PROII5.6对某企业60kt/a 有机硅材料工程单体精馏单元工艺进行了模拟优化设计，下面重点介绍一下该工艺的技术特点。

1高效导向梯形浮阀

浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上

发展起来的，它具有生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，并且加工方便，因此在工业上得到广泛的应用。传统的为F1型（V1型)浮阀，但随着塔内件技术的不断进步，F1型塔板存在着某些缺点，对塔板上的流体流动不具有导向作用，特别是对于大型浮阀塔板而言，其上液面梯度大，返混严重，致使传质效率降低。天津大学精馏技术国家工程研究中心开发了一种新型的高效导向梯形浮阀，该导向梯形浮阀具有良好的导向作用，可以大大减少塔板上液面梯度和液体返混现象及雾沫夹带，故可明显提高板效率；同时该浮阀结构简单，制造、安装使用方便，并且具有较高的操作弹性以及较低的压降，目前已在许多精馏场合中得到广泛的使用，其具体特点如下[1~4]：

（1）浮阀的阀盖上有一个或两个导向孔，导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致。在操作中，从导向孔喷出的少量气体能推动塔板上液体流动，从而可减少塔板上的液面梯度。

（2）气体从浮阀的两侧流出，气体流出的方向垂直于塔板上的液体流动方向。因此，导向浮阀塔板上的液体返混很小。

（3）由于浮阀在操作过程中不转动，浮阀无磨损，不脱落。

然而由于导向孔的开口有限及气流分配关系，其导向推动力很小，其导向作用并不十分明显，为了克服这一缺点[1]，可将阀面由原来的矩形改为梯形。这样，浮阀侧孔喷射出的气体方向与塔板上液体主流动方向构成夹角小于90°，故对塔板上液体流动具有很强的导向推动作用，能明显的减少塔板的液面梯度，提高整个塔板的分离效率。

2精馏工艺过程模拟计算

针对目前有机硅单体精馏分离的工艺采用专业化工流程模拟软件PRO/II5.6对其工艺进行模拟计算以确定各塔的优化操作条件，并对各热流股进行合理利用以求整个精馏分离过程的能耗最低，以下将详细介绍模拟计算情况。2.1基础数据及热力学方法

粗硅烷原料组成见表1，在常温常压下其流量为8200.0kg/h 。

在工艺模拟过程中，其热力学模型的选择至关重要，其直接关系到整个工艺模拟准确性，由于原料中硅烷杂质均为极性化合物，本文结合相关热力学理论可知ALCO01状态方程是描述该物料化合物比较准确的热力学模型，因此在本工艺过程模拟

新型塔内件技术在有机硅单体精馏分离中的应用

张强1，华超2

（1.天津渤天化工有限责任公司，天津

300480；2.中国科学院过程工程研究所，北京100190）

第25卷第4期2011年7月天津化工Tianjin Chemical Industry Vol.25No.4July.2011

摘要：

采用新型塔内件技术应用在有机硅单体精馏分离7塔流程系统中，通过采用化工专业流程模拟软件PROII5.6对该分离工艺进行模拟和优化，相对于传统的F1浮阀塔板，其全塔压降降低约

15％、操作弹性提高24％且分离效率大大提高，使得全过程总能耗降低约18％以上。

关键词：

有机硅；精馏；塔内件；节能doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2011.04.014中图分类号：TQ 223.12文章编号：1008-1267（2011）04-0039-03文献标志码：A 收稿日期：2011-03-02

作者简介：张强（1961-），男，天津渤天化工有限责任公司生产技术部，从事生产技术改造项目管理工作。

·科研与生产·

2011年7月

天津化工过程中均采用此热力学模型[4,5]，其模拟流程如图1

所示。

2.2本工艺流程说明

有机硅单体分离工艺的模拟流程如图1所示，从进料泵来的粗硅烷首先进入T101脱高塔，塔顶操作压力0.14MPa ，操作温度78℃，塔顶馏分为含有85.0%（wt ）的二甲基二氯硅烷，经冷凝后其馏出液进入脱低塔上塔，脱高塔釜液主要成份是高沸物（即分离出来的重组分）排出界区外。

T102脱低塔由于塔板数较高，分为上、下两塔串联、塔顶操作压力0.18MPa ，温度69°C 。塔顶气相主要成份是三甲基氯硅烷和一甲含氢二氯硅烷，经冷凝后送入脱轻塔。塔釜操作压力0.30MPa ，温度109℃，釜液是含有二甲基二氯硅烷和一甲基三氯硅烷的混合物，进入二元塔中塔。实现一甲和二甲的混合物进行分离。

T103二元塔分为上、中、下三塔串联。上塔塔顶操作压力0.14MPa ，温度76℃。塔顶气体成份是纯度98.9%（wt ）的一甲基三氯硅烷产品经冷凝后定期送出界区贮存。二元塔下塔塔釜操作压力0.42MPa ，温度123℃，塔釜液为纯度99.95%（wt ）的二甲基二氯硅烷定期送出界区贮存。

T104脱轻塔塔顶操作压力0.29MPa ，温度61℃，塔顶出来的轻组份馏出液送出界区焚烧。脱轻塔塔釜操作压力0.32MPa ，温度93℃。釜液馏出液送入

含氢塔。

T105含氢塔塔顶操作压力0.23MPa ，温度68℃。从含氢塔塔顶纯度99.20%（wt ）的一甲含氢二氯硅烷，经冷凝后其作为馏出物，定期送出界区贮存。塔釜操作压力0.25MPa ，温度88℃，釜液主要成份为87.60%（wt ）的三甲基氯硅烷送入共沸塔，以分离出其中的共沸物。

T106共沸塔塔顶操作压力0.20MPa ，温度77℃。塔顶出来的气体主要为共沸物，经冷却后送出界区贮存。塔釜操作压力0.25MPa ，温度89℃，釜液含有纯度为98.20%（wt ）的三甲基氯硅烷送入三甲塔进一步对三甲产品进行精制。

T107三甲塔塔顶操作压力0.22MPa ，温度84℃。从三甲塔塔顶馏出纯度99.95%（wt ）的三甲基氯硅烷，做为产品定期送出界区贮存。塔釜操作压力0.24MPa ，温度89℃，釜液重新送回粗单体贮罐。2.3工艺流程模拟结果及其与原传统工艺运行操

作参数的对比

针对目前各塔的运行参数，经采用天津大学专利产品———高效导向梯型浮阀对某厂60.0kt/a 有机硅工程单体的精馏分离工艺进行了模拟优化并进行塔内件改造，改造后的运行情况如下表2所述。

由表2可知：通过采用高效导向梯形浮阀对各精馏塔进行了改造，在保证其、产能、产品质量的前提下，其冷凝器和再沸器的能耗均降低了10.9%和8.4%。采用本工艺设计的有机硅单体分离工艺自2007年10月一次性开车运行以来，共累计生产有机硅单体共计约73000t （半年累计生产值），产品质量合格品达到99.8%（wt ）以上，可知当前的分离工艺效率较高、过程能耗较低，同时系统运行非常稳定，工艺自控性强。2.4经济效益分析

经本改造后运行一年以来，可知技改后的生产能力大大提高，能耗指标大大降低且产品质量指标均高于原改造前的技术指标，大幅地提高了有机硅单体精馏分离的技术指标和经济性能，其带来的经济效益包括：

1）扩产后带来的经济效益折合人民币约720万元；

2）节能：全塔压降降低及其回流比降低，再沸器负荷降低约8.4%，按照120元/t 蒸汽计算，折合人民币约250万；冷凝器负荷降低约10.9%，以致冷冻机组运行成本降低约折合人民币约320万。

表1

粗硅烷原料组成

组分含量/%组分

含量/%一甲基氯硅烷0.0993四甲基三乙氧基硅烷

2.5130四甲基硅烷0.4960四甲基氯硅烷9.8580三甲基硅烷0.6950二甲基二氯硅烷75.6178二甲基硅烷0.4960甲基儿乙氧基硅烷0.8939一甲基硅烷 4.7650甲基三乙氧基硅烷

4.0700四氯化硅

0.4960

总计

100％

图1有机硅单体分离模拟流程图

T101T102T103T104T105T106T107

40