基于ASPEN PLUS軟件的正丁醇精餾工藝設計

劉瑞璨 李明哲 楊榮華 汪 海

（泰山醫(yī)學院化工學院)

基于ASPEN PLUS軟件的正丁醇精餾工藝設計

劉瑞璨*李明哲 楊榮華 汪 海

（泰山醫(yī)學院化工學院)

利用ASPEN PLUS軟件對某工廠正丁醇精餾工藝進行了流程設計及模擬。該流程采用分離非均相共沸物雙塔流程。確定了精餾塔的塔板數(shù)及其它各工藝參數(shù)，為正丁醇廢水回收工藝裝置的技術改進提供了基礎數(shù)據(jù)。

正丁醇 精餾工藝 流程設計 ASPEN PLUS軟件

化工模擬系統(tǒng)軟件 ASPEN PLUS(Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN)[1-2]，是生產(chǎn)裝置設計、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)規(guī)模龐大、功能齊全，被全球各大化工廠和石化、煉油等制造企業(yè)以及一些著名的工程公司廣泛應用。

本文利用 ASPEN PLUS軟件對某工廠正丁醇精餾工藝進行了流程設計及模擬。該流程采用分離非均相共沸物雙塔流程。本設計確定了精餾塔的塔板數(shù)及其它各工藝參數(shù)，為正丁醇廢水回收工藝裝置的技術改進提供了基礎數(shù)據(jù)。

1 工藝流程簡介

某工廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生一股約20 t高濃度有機廢料，主要成分為正丁醇和水，產(chǎn)品中正丁醇的純度>98.5%，正丁醇的回收率>95%。該工藝采用分離非均相共沸物雙塔流程[3]，其模擬流程圖如圖1所示。

圖1 非均相共沸物雙塔模擬流程

該設計任務是分離正丁醇與水的混合物。正丁醇與水在常壓下屬于部分互溶物系，20℃時水在正丁醇中的溶解度約為20%（質(zhì)量分數(shù)，下同），正丁醇在水中的溶解度約為7.8%，在常壓下的共沸點為92.7℃，共沸組成正丁醇含量為57.5%。對于二元非均相共沸物的分離，本設計采用雙塔共沸精餾。在第一次精餾過程中，原料預熱后由塔頂進料，塔頂蒸汽冷凝至泡點以后進入分層器，靜置分層，下層水相回流到精餾塔內(nèi)，上層醇相作為要求產(chǎn)品采出，塔釜采出液幾乎為純水，用于預熱原料后可直接排放。第一次精餾采出的產(chǎn)品作為第二次精餾的原料，塔頂泡點進料，塔頂蒸汽冷凝至泡點后進入分層器，靜置分層，上層醇相回流到精餾塔，下層水相流至儲罐，塔釜采出液為達到分離要求的正丁醇產(chǎn)品，冷凝到40℃后進入產(chǎn)品儲罐。

2 ASPEN軟件模擬過程主要工藝參數(shù)的確定

2.1 塔板數(shù)的確定

首先采用ASPEN PLUS軟件中的DSTWU模塊（簡捷計算法）對設計任務進行模擬，模擬流程如圖2所示。然后，就塔頂水的蒸出率對塔板數(shù)和再沸器熱負荷的影響進行靈敏度分析，如圖3所示。由圖3可知，隨著水的蒸出率的增加，塔板數(shù)逐漸減小，熱負荷逐漸增大。綜合考慮兩因素，該設計選擇的塔板數(shù)為10，此時水的蒸出率為0.048。

圖2 簡捷法模擬流程

圖3 塔頂水的蒸出率對塔板數(shù)和再沸器熱負荷的影響

下面以第一次共沸精餾為例，計算共沸精餾塔釜采出率B/F（塔釜物料流量/總物料流量）和進料流量。

2.2 第一次共沸精餾塔釜采出率B/F的確定

采用ASPEN PLUS軟件中的RadFrac模塊（嚴格計算法）對設計任務進行第一次精餾模擬，其流程如圖2所示。根據(jù)靈敏度分析得到的數(shù)據(jù)作出圖4。由圖4可知，隨著塔釜采出率B/F的增加，塔釜正丁醇的流量增加（塔頂正丁醇的回收率減?。俜衅鳠嶝摵蓽p小。綜合考慮兩因素，選擇B/F約為0.94。

圖4 B/F對塔釜正丁醇流量的影響

2.3 第一次共沸精餾進料流量的確定

確定B/F之后，建立填料塔的模擬模型，選擇CY700型填料，運用ASPEN PLUS就進料流量對塔徑的影響進行靈敏度分析，如圖5所示。由圖5可知，塔徑隨進料流量的增大而增大，因設計任務要求該填料塔的塔徑為600 mm，由圖可確定進料流量為6400 kg/h。

圖5 進料流量對塔徑的影響

為了提高正丁醇蒸出率，進行了第二次精餾模擬，且方法與第一次相似，故在此不再詳細敘述。下面將所設計的填料塔主要計算結果匯總如表1所示。

表1 填料塔設計計算結果

3 結論

本設計是對某工廠正丁醇精餾工藝的初步模擬。通過對不同的精餾流程進行模擬與計算可知，雙塔流程精餾出的正丁醇的濃度較高，故采用雙塔流程進行精餾。設計的關鍵環(huán)節(jié)是精餾塔工藝參數(shù)（如塔板數(shù)、塔釜采出率、進料流量等）的確定。

本設計對工藝中的主要數(shù)據(jù)運用ASPEN PLUS模擬軟件進行了靈敏度分析，從而確定了各種工藝參數(shù)。本設計對廢水中回收正丁醇工藝過程進行了模擬與優(yōu)化，并對該裝置與設備進行了節(jié)能優(yōu)化，為正丁醇廢水回收工藝裝置的技術改進提供了基礎數(shù)據(jù)。

[1]鞏志海.硫磺制酸轉(zhuǎn)化工序Aspen Plus流程模擬 [J].硫磷設計與粉體工程，2010（4）：4-8.

[2]程能林.溶劑手冊 [M].第3版.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[3]李秀榮，石磊，徐金鳳.生產(chǎn)均四甲苯難降解有機廢水深度處理 [J].化學工業(yè)與工程，2012，19（5）：398-400.

[4]屈一新.化工過程數(shù)值模擬及軟件 [M].第2版.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[5]林大鈞，于傳浩，楊靜.化工制圖 [M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]馬江權，冷一欣.化工原理課程設計 [M].北京：中國石化出版社，2009.

[7]李謙，毛立群，房曉敏.計算機在化學化工中的應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

Process Design of n-Butyl Alcohol Rectifying Based on ASPEN PLUS Software

Liu Ruican Li Mingzhe Yang Ronghua Wang Hai

The process of n-butyl alcohol rectifying is designed and simulated by ASPEN PLUS software,and the flow adopts the two-tower process that separating heterogeneous azeotrope.The process confirms the plate number of the rectifying column and other technological parameters,which provides fundamental data for improvement of the recovering equipment for wastewater containing n-butyl alcohol.

n-Butyl alcohol;Rectifying process;Process design;ASPEN PLUS

TQ 028

2013-06-17）

*劉瑞璨，女，1990年生。泰安市，271016。