Aspen Plus 软件在苯酚丙酮精馏过程中的应用

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  [摘 要]本文采用 Aspen Plus 软件对苯酚丙酮装置中的粗丙酮精馏塔进行了模拟计算与分析,模拟计算结果与设计数据基本一致;并通过灵敏度分析工具,对精馏过程中进料板位置、回流比对精馏过程的影响进行了模拟计算及分析,模拟计算结果可用于指导生产。
  [关键词]苯酚丙酮 Aspen Plus 模拟
  中图分类号:TQ02 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)06-0157-01
  苯酚丙酮是重要的化工生产原料,异丙苯法苯酚丙酮生产工艺在当前苯酚丙酮工艺中占重要的地位,此工艺生产的苯酚占世界苯酚总产量的90%以上,该过程具有一个过程,两种产品的优点。但由于反应过程多,过程中副产物也多,所以造成了工艺流程长,工艺过程中技术难度大的特点。 本文针对异丙苯法苯酚丙酮装置的粗丙酮精馏塔进行了研究,并采用 Aspen Plus软件对精馏塔进行模拟与分析。
  1 模拟与分析软件
  ASPEN PLUS 化工模拟系统是严格和最新的计算方法, 进行单元和全过程的计算, 为企业提供准确的单元操作模型; 还可以评价已有装置的优化操作或新建、改建装置的优化设计。由于其功能强大, 模拟准确, 使用方便等特点, 故广泛用于过程模拟和优化。 对于一个模拟过程来说,正确选择准确无误的物性是模拟结果好坏的关键。 ASPEN PLUS 为单元操作计算提供了热力学性质和传递性质,在典型的 ASPEN PLUS 模拟中常用的物理性质参数有逸度系数、焓、密度、熵和自由能。 ASPEN PLUS 自身拥有两个通用的数据库;ASPEN CD-ASPEN TECH 公司自己开发的数据库; DIPPR-美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。另外还有多个专用数据库,如电解質、固体、燃烧产品,这些数据库结合拥有的一些专用状态方程和专用单元操作模块使得 ASPEN PLUS 软件可适用于固体加工电解质等特需领域,极大地拓宽了 ASPEN PLUS 的应用范围,为ASPEN PLUS的准确模拟提供了依据。
  2 流程介绍
  异丙苯经过氧化后的氧化液,经过分解之后的粗产品经过T-401缓冲进入粗丙酮塔C-401,实现苯酚与丙酮的分离。为了得到较好的分离效果,在实际操作过程中,向C-401 塔中加入工艺水,以增加丙酮的相对挥发度,在常压条件下实现苯酚与丙酮的较好分离。
  3 模拟计算与分析
  本文利用Aspen plus软件对精馏过程中的粗丙酮塔 C-401 进行模拟与分析。主要是考察了进料位置、回流比对精馏过程的影响,为优化操作、节能降耗、提高产品质量等提供理论依据和参考方案。
  3.1 C-401塔模拟结果与讨论
  在实际计算过程中,进料组分中,有些重组分及未知其结构的重组分,在模拟软件系统中很难找到,由于这些组分的含量非常小,仅有几十到几百个PPM,在计算过程中采用比该组分重的相邻的组分代替,进料中的未知重组分采用进料组分中的最重的组分代替,进料组成,可以看出计算值与设计值基本吻合,塔顶温度比设计温度低 2.6℃,是由于微量轻组分被忽略所致;塔底温度比设计温度低3.8℃,是由于重组分未知其结构、组成或基础物性,而采用相邻组分代替所致。
  3.2 灵敏度分析
  在考查不同因素对C-401塔的影响时,主要的控制参数为塔底丙酮含量、塔顶苯酚含量及精馏过程的热负荷。C-401 塔底丙酮为不可回收丙酮,为了保证丙酮的产量,减少不可回 收丙酮的损失,在实际操作过程中要严格控制塔底的丙酮含量。
  3.2.1 进料位置的影响
  在相同条件下,进料位置的不同将对塔板的分离效果产生影响。不同的精馏效果导致塔顶和塔釜的组成产生改变,对再沸器和冷凝器负荷也会产生影响,因此存在最佳进料位置。通过对进料位置的考查,为实际操作过程中,调整进料位置,以保证分离效果和产品质量提供理论指导。 不同进料位置对塔顶苯酚含量、塔底丙酮含量及精馏过程热负荷的影响分别如图3-1、图3-2所示。
  由图3-1可知,当塔顶苯酚含量超标时,需要将进料位置下移,当塔底酮含量超标时,需要将进料位置上移,以保证塔顶和塔底的产品质量;由图 3-2 可知,改变进料位置会改变整个精馏塔的热负荷,为保证整个精馏塔的热负荷较小,精馏塔的进料位置应控制在 16~26之间。
  3.2.2 回流比的影响
  在精馏塔中,回流比将直接影响每一层塔板的分离能力,因此对于精馏塔,无论是设计还是操作回流比都是一个至关重要的参数,回流比的选择要考虑两个条件:一是回流比的选择必须在最小回流比和全回流之间;二是必须使设备费和操作费最小。 不同质量回流比对塔顶苯酚含量、塔底丙酮含量及精馏过程热负荷的影响分别如图 3-3、图 3-4 所示。
  由图中可以看出当回流比达到 1.5以上时,增大回流比对精馏效果的影响已经不是很明显,但冷凝器和再沸器的热负荷随回流比的增加而增加,也即意味这能源费的增加,因此在实际操作过程中,应将回流比控制在1.5~2.1 之间,即能保证产品质量有可以节省能源。
  4 结论
  1 Aspen Plus 化工模拟软件能方便地应用与精馏塔的模拟计算和操作分析;
  2 对苯酚丙酮精馏塔的模拟所得的结果与实际工艺吻合,并且通过灵敏度分析工具,考察了不同的操作条件对精馏过程的影响,为实际操作提供理论指导。
  参考文献
  1 ASPEN Technology Inc. ASPEN PLUS USER GUIDE, 1994
  2 苯酚丙酮生产工艺,中石化天津分公司,2008
  3 陈敏恒,化工原理,化学工业出版社,2001
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