乙烯脱轻塔精馏过程及安全事故动态模拟.pdf

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1、第3l卷第6期计算机与应用化学Vo1．3l，No．62014年6月28日ComputersandAppliedChemistryJune28，2014乙烯脱轻塔精馏过程及安全事故动态模拟孔录，董秀芹，张敏华(天津大学石油化工技术开发中心，绿色合成与转化教育部重点实验室，天津，300072)摘要：乙烯脱轻塔是高浓度乙烯精制过程中的关键设备，主要作用为脱除原料乙烯(>98wt．％)中的少量轻组分杂质(co，H2，CH等)，以达到后续醋酸乙烯合成工艺使用的标准。通过AspenPlus软件对该乙烯脱轻塔进行稳态模拟，添加适当的设备

2、参数后，导入AspenDynamics软件中。首先根据经验及相关文献为该塔设计动态控制方案，再改变进料流量、进料组成、冷凝量输入及再沸量输入等条件，模拟实际生产过程中可能发生的扰动，考察该方案是否可以保证该塔在适当的扰动范围内依然安全、合格的进行乙烯精制，并得到该脱轻塔运行过程的临界操作值，尝试提出预防安全事故发生的措旌。通过该动态模拟，对乙烯脱轻塔的生产过程有了更符合实际扰动因素、工况的模拟，对实际的工厂操作过程有一定指导借鉴作用。关键词：AspenDynamics；乙烯脱轻塔：动态模拟；过程控制；安全分析中图分类号：T

3、Q015．9：TP391．9：06．39文献标识码：A文章编号：1001—4160(2014)06—679．682DoI：10．1l719／com．app．chem201406081弓l言离20％则会启动连锁反应装置，调节其他参数(温度、流量等)对压力进行调节；当偏离30％则有可能需要停动态模拟可以更清楚的对化工过程中的扰动因素、止生产以防止安全事故的发生【6】。工况等进行模拟，正受到越来越多研究者的关注。Chengl】】本文即以高浓度乙烯脱轻塔为模型，通过Aspen的研究表明，仅仅通过稳态数据来进行优化，不能够完Dyna

4、mics软件进行动态模拟，考察当进料质量流量、进全解决工厂实际操作过程中出现的控制问题。Aspen料组成发生变化时的工况，以及冷凝器、再沸器发生事Dynamics作为常用的动态模拟软件之一，可以与常用的故时，对该精馏过程产生的影响，并尝试提出了预防事稳态模拟软件AspenPlus完美结合，并且可以方便的对故发生的方案。某一流程的非正常工况进行模拟，获得的数据对于化工过程安全生产具有很重要的帮助【2J。2稳态过程模拟随着醋酸乙烯需求量的不断增加[3】，由乙烯作为原料图1为该乙烯脱轻塔的模拟示意图。其理论板数为之一进行制各的路

5、线也成为研究的热点。但醋酸乙烯合36块，第3块理论板进料(由上向下编号)，进料及出成的催化剂易发生CO中毒【4J，因此要求原料乙烯中CO料流股组成如图所示(质量分数)【7J。再沸器选择热虹吸含量低于4．5×10～，乙烯脱轻塔即为高浓度乙烯(>98再沸器，加热介质为丙烯。由于该塔为低温操作塔，因wt．％)精制过程的关键设备之一。此冷凝器冷凝剂选择使用该流程的产品乙烯。进料为质由于该塔处于流程中间段，进料易发生扰动，同时量流量为6360．6kg／h的高浓度乙烯r乙烯含量>98wt．％1，后续的工段要求其出料尽可能稳定。因此，当

6、进料发生扰动时乙烯脱轻塔的工况就成为设计者关心的问题之一。另外，当紧急情况发生时，脱轻塔的工况也是非常值得关注的，例如冷凝介质供应不足时。这种事故是否发生虽然可以通过设置流量计直观的进行判断，但由于脱轻塔冷凝介质为产品乙烯，其流量很可能发生正常扰动而影响操作人员的判断。在正常扰动时误判为事故易产生不必要的损失，因此还需要清楚当冷凝介质供应不足时，还会发生哪些其他的工况变化，以提高事故判断的可靠度[5】a当有意外情况发生时，在多长时间内需要对其做出反应进行补救，以及采取怎样的补救措施都是我们希望通过动态模拟结果分析得到的。事

7、故的补救措施等级是根据其偏离正常操作状态的程度进行划分的。例如压力Fig．1De—lightethylenefractionatorsimulationdiagram．偏离10％，会报告现场操作人员对压力阀进行调控；偏图1乙烯脱轻塔动态模拟示意图收稿日期：2013—11-17；修回日期：2013—12—07作者简介：孔录(1989一)，男，山东人，硕士，E—mail：kljay007@163．com联系人：张敏华(1963—1，男，吉林人，教授，博士生导师，E—mail：mhzhang@tju．edu．cn680计算机与应

8、用化学要求塔釜产品中CO含量<4．5×10～。图1中的数据均为AspenPlus的稳态模拟数据。Luyben[5~的模拟实验结果表明，使用AspenDynamics进行动态模拟时，默认的内嵌于精馏塔模型内的冷凝器、再沸器不会进行换热器的动态性能计算，将导致模拟结果发生偏差。据此，该脱轻塔的冷凝器、再沸器