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1、第27卷 内蒙古石油化工 53反应精馏过程模拟——ASPENPLUS应用范例杨绪壮 屈一新(内蒙古大学化学化工学院) 摘 要 本文利用ASPENPLUS软件对环氧丙烷水解生成丙二醇的反应精馏过程进行模拟计算,对有关物系的相行为进行预测,并进行物性计算和流程模拟,指明了该反应过程的主反应区及其形成原因。关键词 环氧丙烷 丙二醇 ASPEN 模拟 优化 目前,国内外大多丙二醇生产装置均采用水过量工艺。整个工艺复杂、投料大、选择性低、单耗高。云〔1〕南玉溪天山化工有限公司采用反应精馏方法生产丙二醇使原料
2、消耗降低、选择性提高。本文采用AS2PEN过程模拟软件对反应精馏方法生产丙二醇的工艺过程进行模拟计算,计算结果与实际数据吻合较好。1 物系组成与流程111 物系组成对于我们所模拟的物系而言,所包含的物质共有4种。它们分别是环氧丙烷(C3H6O)、丙二醇(C3H8O2)、一缩丙二醇(C6H14O3)和水(H2O)。这四种物质在ASPEN纯物质数据库中都可以找到,因此,我们不需要计算纯物质的物性数据。112 流程简介云南玉溪天山化工有限公司采用五塔连续操作,即反应精馏塔、脱水塔、精馏塔、二丙塔、回收塔的〔1〕工艺。我们计算过程中,为了方便,我们采用
3、三塔连续操作,即反应精馏塔、脱水塔、精馏塔。见附图1。物流走向为,水通过加料泵从塔顶加料;环氧丙烷(PO)通过加料泵从塔中部加料;经过反应精馏塔,塔顶馏出物(大部分为水)返回反应精馏塔内;塔底馏出物进入脱水塔;脱水塔顶馏出物(主要成分为水)返回水加料泵;塔底(主要成分为丙二醇与二丙二醇)馏出物再进入精馏塔将丙二醇与二丙二醇分开。图1 流程简图 反应精馏过程模拟——54ASPENPLUS应用范例 第27卷 其中,B1为反应精馏塔,B2为脱水塔,B3为精馏塔。2 模拟计算使用ASPEN做过程模拟计算,主要包含以下几部分内容:
4、(1)物性计算。ASPEN给我们提供了40多种模型用于热力学性质的计算,30多种模型用于物质传递性质的计算。同时还提供了象纯组分数据库、燃烧数据库等多种用于模型计算的数据库;(2)选择单元操作计算模型。ASPEN模拟系统可以计算几乎所有的单元操作过程,包括物流、混合与分散、闪蒸与换热、分离过程、反应过程、泵及压缩机等。其中对于分离过程,ASPEN提供了三个简捷法蒸馏模型和4种严格多级分离模型;(3)计算方法的选择。选择适当的计算方法,将对计算过程收敛与否起着非常关键的作用。211 物性计算选择的数学模型模型是否适当,将直接影响所计算的物性的准确
5、程度。从而影响到计算结果的精确度。由于本计算体系为极性很强的水醇体系,ASPEN建议我们使用象RK-ASPEN、SR-POLAR等〔2〕用于极性体系的模型进行热力学性质的计算,但是,通过计算我们发现,计算结果与实际数据有较大差异。因此,我们尝试使用R-K方程计算气相逸度系数,UNIQUAC模型计算液相活度系数,结果令我们非常满意。212 操作模型与计算方法对于反应精馏单元操作过程,我们选用RADFRAC严格计算模型进行模拟计算。该模型对处理反〔3〕应精馏过程有着非常好的效果。后面的脱水塔和分离塔,我们选用DSTWU简捷法计算模型。在流程计算过程
6、中,我们选用牛顿-拉夫森法进行迭代计算,从而保证收敛。3 计算结果与比较311 工艺条件的确定通过模拟计算与优化处理,我们得到反应的工艺条件如表1所示,我们发现计算结果与实际情况非常接近。312 计算结果及分析图2 塔压与收率的关系 第27卷 内蒙古石油化工 55 表1模拟计算所得最佳工艺条件与实际情况比较塔顶压原料配比(摩尔)停留时间塔板数加料板位置MPaH2OöC3H6O秒块H2OC3H6O模拟结果1111.2ö1161126实际情况0.851.5-3ö1>161226从下面表2中我们发现,反
7、应精馏塔的塔底温度比模拟值要高,而且塔底的液相质量流率也比计算值高,但是塔底的丙二醇含量却比计算值低。这是因为(1)我们优化过程中原料配比即H2OöC3H6O为112ö1而实际采用原料配比为115～3ö1,从而使塔釜中水的含量升高;(2)由于计算过程中采用塔压比实际要高一些,而压力适当提高有利于提高收率,如图2所示,压力在11～13bar时收率较大。〔1〕〔4〕 表2计算结果与实际比较:反应精馏塔脱水塔精馏塔比较项目模拟值实际值模拟值实际值模拟值实际值塔顶温度 ℃177.117599.78287.2-塔底温度 ℃237.5210191.81
8、70233.9-塔底液相质量流率 KGöHR916.5145086386085.16-塔底丙二醇含量(质量)85.8%54%93%93.7%1.2%1
