關(guān)于Aspen Plus模擬1，4-丁二醇脫水塔的研究

黨慧娟，郭文倩

（1.新疆國泰新華化工有限責(zé)任公司，新疆昌吉 831700；2.山西陽煤化工工程有限公司，山西太原 030021）

1 Aspen Plus簡介

Aspen Plus 軟件是基于穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析的大型化工過程模擬軟件[1—2]，可以進行化工設(shè)計模擬計算，在不改動生產(chǎn)設(shè)備、參數(shù)等的情況下，實現(xiàn)在計算機上“再現(xiàn)”現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)過程[3]，在產(chǎn)品調(diào)優(yōu)方面有極大的應(yīng)用價值。本文利用Aspen Plus 軟件進行1，4-丁二醇脫水塔的化工模擬，其計算數(shù)據(jù)可以直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 進料條件

在1，4-丁二醇生產(chǎn)中，脫水塔的進料組分主要為水、1，4-丁炔二醇、正丁醇、四氫呋喃、輕組分和重組分，其質(zhì)量分數(shù)見表1。進料流量約為40m3/h，即39541.4kg/h。

表1 進料流股組分表

3 模擬計算

利用簡潔計算模型DSTWU 對脫水塔進行模擬計算，以此確定實際回流比、實際理論板數(shù)、進料位置等參數(shù)[4]。然后以計算結(jié)果作為脫水塔嚴(yán)格計算參數(shù)，進行嚴(yán)格計算；最后通過塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定來實現(xiàn)脫水塔的分離結(jié)果與實際生產(chǎn)相符（塔釜中含水量低于1%）。

3.1 簡潔模擬

（1）啟動Aspen Plus 軟件，選擇General with Metric Units模板。

（2）在成分輸入選項下，輸入進料流股FEED 的組分，分別為H2O（水）、1：4-B-01（1，4-丁二醇）、N-BUT-01（正丁醇）、TETRA-01（四氫呋喃），本文中的輕組分采用C3H4O（丙烯醛）替代，重組分采用C17H36（正十七烷）替代。

（3）由于進料體系屬于極性較強的特點，選擇WILS-RK狀態(tài)方程物性方法。

（4）建立流程圖，詳見圖1 ，其中塔模塊選擇塔模塊下DSTWU 中的ICON1。

圖1 T01塔的簡潔精餾流程

物流FEED 是來自上游的產(chǎn)物，主要含有水、1，4-丁二醇、四氫呋喃、丁醇及微量的輕組分和重組分；FEED 通過T01塔后，塔底得到含少量水的1，4-丁二醇流股102；塔頂?shù)玫胶写罅克吧倭慷〈肌⑺臍溥秽洼p組分的流股101；

（5）進入Streams/FEED/Input/mixed 頁面，輸入進料FDDE的數(shù)據(jù)條件，詳見圖2。

圖2 模擬分離進料條件設(shè)定

（6）進入Blocks/DSTWU/Iput/Specifications 頁面，輸入模塊參數(shù)，其中根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)置塔板數(shù)為10，塔頂輕關(guān)鍵組分H2O 的摩爾回收率為0.91，塔頂重關(guān)鍵組分1，4-丁二醇的摩爾回收率為0.0001，初步假設(shè)定塔頂壓力為120kPa，再沸器壓力為140kPa。

（7）接著運行模擬，提示所有必要的輸入完成，點擊OK，模擬流程收斂。

（8）在結(jié)果查詢選項下，可以查看到簡潔模擬計算的結(jié)果，實際回流比為0.17，實際塔板數(shù)為10塊，進料位置為第9塊，塔頂餾出與進料比為0.81。

3.2 嚴(yán)格計算

在簡潔計算的基礎(chǔ)上，對脫水塔利用嚴(yán)格計算模塊Radfrac 進行嚴(yán)格計算，進料組分及比例、冷凝器的形式及壓力、再沸器的壓力、產(chǎn)品純度和物性方法的選擇與簡潔模擬計算完全相同。

（1）建立流程圖，與簡潔計算流程圖圖1相同，其中塔模塊選擇塔模塊下Radfrac 中的FRACT1。

（2）進料條件及比例與簡潔模擬計算完全相同。

（3）在RADFRC 選項下的規(guī)格頁面下，進入Setup 下的配置頁面，進行模塊設(shè)置，按照簡潔計算結(jié)果輸入嚴(yán)格計算模塊參數(shù)，塔板數(shù)為10，冷凝器類型為全凝器，再沸器 類型為釜式再沸器，摩爾回流比為0.17，蒸餾物與塔進料的摩爾比為0.81，在Strems 頁面下設(shè)置進料板位置為9，進料類型為板上進料（On-Stage），在Pressur 頁面下設(shè)置冷凝器壓力為120kPa，全塔壓降為20kPa，其他參數(shù)使用軟件默認的參數(shù)。

（4）運行模擬，提示所有必要的輸入完成，點擊OK，模擬流程收斂。

（5）在結(jié)果查詢選項下，可以查看到嚴(yán)格模擬計算的結(jié)果。

從結(jié)果得到塔釜中水的含量為1.3wt%，塔釜產(chǎn)品含水量比要求值（小于等于1wt%）大，純度沒有達到要求。在后續(xù)通過塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定來達到分離要求。

3.3 塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定

在脫水塔嚴(yán)格模塊模擬計算的基礎(chǔ)上，通過添加塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定將嚴(yán)格模擬計算結(jié)果中的塔釜水含量控制在1%以內(nèi)，以達到分離要求的目的。本文中通過規(guī)定要求的塔釜含水量1wt%來進行塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定。

（1）在RADFRC 選項下的design specification 頁面下，點擊New 按鈕新建一個塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定，設(shè)計規(guī)格類型選擇質(zhì)量純度，檢測目標(biāo)選擇0.01，

（2）在Components 頁面下，選擇成分為H2O；在Feed/product streams 頁面下，選擇流股為102，。

（3）設(shè)置調(diào)節(jié)變量，在Vary 頁面下點擊New 按鈕，選擇調(diào)節(jié)變量類型為回流比，規(guī)定回流比的范圍為0.1～0.3。

（4）運行模擬流程，流程收斂，查看模擬結(jié)果，塔釜流股中的水含量為0.8%，與實際生產(chǎn)相符，詳見表2。

表2 嚴(yán)格模塊精餾塔模擬結(jié)果

4 結(jié)論

利用Aspen Plus 軟件進行了1，4-丁二醇脫水塔的化工過程模擬，經(jīng)過簡潔模擬計算、嚴(yán)格模擬計算和最后的塔內(nèi)設(shè)計規(guī)定，使得模擬結(jié)果與生產(chǎn)分析結(jié)果基本相符。在以后的生產(chǎn)中，可以將本文的模擬流程計算數(shù)據(jù)作為調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)的依據(jù)，這樣可以在很大程度上縮短工藝調(diào)整的時間，與此同時也大幅度減少了以往因工藝調(diào)整而導(dǎo)致的不合格品量，給現(xiàn)有裝置脫水塔操作帶來了極大的方便。