化工過程模擬在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

李 勇

云南省節(jié)能技術(shù)開發(fā)經(jīng)營有限責(zé)任公司 云南 昆明 650000

1 前言

化工行業(yè)一直以來都給人以高污染、高能耗的印象，在不斷發(fā)展的過程中如何滿足目前日益嚴(yán)格的污染物排放要求，降低產(chǎn)品原輔料及能源消耗，是目前化工企業(yè)在告訴發(fā)展過程中的期待與要求。現(xiàn)代信息技術(shù)的引入無疑將為化工行業(yè)注入新的活力，推動(dòng)其現(xiàn)代化。因此，在此背景下，過程模擬具有重要的意義，在化工生產(chǎn)中為降低污染物排放、降低能源消耗起著非常重要的作用。

2 過程模擬的概念及其在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

通常來說過程模擬泛指穩(wěn)態(tài)模擬。穩(wěn)態(tài)過程模擬是利用計(jì)算機(jī)模擬軟件，根據(jù)過程中的工藝參數(shù)和工藝流程，對實(shí)際生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬。這一過程只是對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行的一種模擬，不需要現(xiàn)實(shí)世界中的任何材料和設(shè)備進(jìn)行真正的參與，這樣一來可以由相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行隨意的發(fā)揮，擺脫了實(shí)際流程中諸多因素的限制與制約。

過程模擬目前已經(jīng)在化工企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中充當(dāng)著重要的角色，起著至關(guān)重要的作用。目前在全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的化工過程模擬軟件是aspenplus，這款軟件是有一家美國企業(yè)開發(fā)出來的目前已經(jīng)得到了近四十年的市場檢驗(yàn)。這款軟件具有功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、分析度準(zhǔn)確、靈敏度高等特點(diǎn)，已經(jīng)得到了國際市場的普遍認(rèn)可，是以穩(wěn)態(tài)化學(xué)模擬為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。軟件部分包括物理數(shù)據(jù)庫、單元操作模塊和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略。物性數(shù)據(jù)庫是該軟件的核心組成部分，由于過程仿真軟件包含了行業(yè)內(nèi)最適用、最完整的物理屬性系統(tǒng)，因此可以得到普遍的認(rèn)可，發(fā)展良好。物理數(shù)據(jù)的正確選擇對仿真結(jié)果有著至關(guān)重要的影響，決定著其結(jié)果的可靠性。單元操作模塊作為改款模擬的環(huán)境，為該軟件的完美運(yùn)行提供了可靠的支持。此外，該公司針對該款軟件開發(fā)了幾個(gè)輔助模塊，來為該軟件提供仿真的工業(yè)生產(chǎn)操作過程。這些模塊建立在aspenplus平臺上，為軟件提供支持。目前改款軟件的發(fā)展前景廣闊，已經(jīng)得到了化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用。該仿真軟件已應(yīng)用于甲基叔丁基醚化工廠等專業(yè)領(lǐng)域。

3 化工產(chǎn)業(yè)過程模擬在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 Aspenplus模擬在甲基叔丁基醚工廠中的應(yīng)用 為了分析甲基叔丁基醚的生產(chǎn)條件，通過aspenplus過程模擬建立了MTBE過程模擬模型、軟件、模擬系統(tǒng)條件。結(jié)果表明，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)吻合良好。此外，在不降低主產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，中石化濟(jì)南分公司還決定了催化精餾塔的最佳運(yùn)行條件，為汽油-甲基叔丁基醚熱電聯(lián)產(chǎn)的清潔生產(chǎn)方案提供了理論依據(jù)。為下一步進(jìn)行深度熱萃取，從而降低了甲基叔丁基醚的單位產(chǎn)品生產(chǎn)能耗指標(biāo)提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 AspenPlus模擬在己內(nèi)酞胺聚合過程中的應(yīng)用 使用模擬軟件來模擬聚合過程，以分析工藝參數(shù)(例如減少擠出物含量，提高材料利用率和改變生產(chǎn)條件)對聚合過程的影響。使用AspenPlus軟件模擬了質(zhì)量流量，引發(fā)劑用量和溫度對聚合物相對分子量和可萃取物含量的影響。為了驗(yàn)證模型的可靠性，模擬了22t/d生產(chǎn)記錄的溫度值。仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)化率和環(huán)狀二聚體含量與實(shí)測值吻合良好。模擬結(jié)果還表明，增加引發(fā)劑的用量可以縮短聚合時(shí)間，但也可以降低聚合物的MLL和EV含量。因此，在實(shí)際化學(xué)過程中應(yīng)合理調(diào)整引發(fā)劑的用量。工藝后期的溫度波動(dòng)對產(chǎn)品也有很大的影響。隨著溫度參數(shù)的增加，纖維素含量減少。因此，應(yīng)盡可能避免尾部溫度升高。通過過程模擬提出的增加引發(fā)劑用量、減少溫度波動(dòng)的清潔生產(chǎn)方案有利于聚合物產(chǎn)生，提高產(chǎn)品一次成品率。

3.3 生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)整、優(yōu)化 在生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)化以及調(diào)整當(dāng)中，過程模擬優(yōu)化技術(shù)具備非常重要的作用。利用模擬化工工藝流程，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的降耗以及節(jié)能。和傳統(tǒng)化的優(yōu)化方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)實(shí)施設(shè)備選型優(yōu)化，可以獲得非常良好的工藝參數(shù)，生產(chǎn)效率可以得到保障。

當(dāng)前，過程模擬優(yōu)化技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)優(yōu)化以及動(dòng)態(tài)模擬。但是，其基礎(chǔ)仍然屬于一種穩(wěn)態(tài)模擬。只有利用穩(wěn)態(tài)模擬完成各項(xiàng)數(shù)值的確定，才可以實(shí)施動(dòng)態(tài)模擬的展開。通過利用這兩種模擬優(yōu)化技術(shù)，可以不斷調(diào)整復(fù)雜裝置，進(jìn)而促使其更加優(yōu)化。

3.4 aspenplus模擬在反應(yīng)精餾中的應(yīng)用 反應(yīng)精餾是將化學(xué)反應(yīng)與單元操作相結(jié)合的精餾過程。以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用aspenplus軟件對乙酸甲酯精餾過程進(jìn)行了模擬，并對精餾過程中存在的問題進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，反應(yīng)精餾法可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的乙酸甲酯法。通過工藝模擬和參數(shù)優(yōu)化，確定反應(yīng)精餾塔的最佳操作條件為:操作壓力101.325kpa，回流比1.9，酸醇比1.6，這些操作條件為醋酸甲酯生產(chǎn)企業(yè)在開展清潔生產(chǎn)過程中降低物耗，降低能源消耗提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段化工過程模擬在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用還要受到生產(chǎn)體系、工業(yè)流程設(shè)計(jì)、工作人員素質(zhì)以及技術(shù)水平等多個(gè)方面的影響和限制，而且這些方面或多或少都存在一定的問題，制約了模擬軟件在清潔生產(chǎn)中應(yīng)用效果的提升?；诖?，筆者針對目前過程模擬在化工企業(yè)開展清潔生產(chǎn)過程中應(yīng)用的現(xiàn)狀展開分析，從軟件應(yīng)用的優(yōu)勢進(jìn)行分析，通過多角度、動(dòng)態(tài)平衡等分析建立模擬數(shù)據(jù)模型，有利于化工企業(yè)開展清潔生產(chǎn)過程中尋找節(jié)能、降耗、減污、增效的空間，以期加強(qiáng)過程模擬在化工生產(chǎn)方面的發(fā)展。