张欢欢 方磊（浙江工程设计有限公司，浙江杭州310002）

试论工艺模拟对精馏塔设计的影响

张欢欢 方磊（浙江工程设计有限公司，浙江杭州310002）

随着计算机技术的不断进步，各类模拟软件相继出现，为生产中的工艺模拟操作奠定了有利的基础。本文将基于工艺模拟对精馏塔设计的影响这一角度展开相应的探讨，以期能够为业内人士提供一些有益的参考。

工艺模拟；精馏塔设计；影响

一、传统设计思路及其不足

时至今日，精馏设备的设计在很大程度上仍受传统设计思路的影响，先完成平衡级工艺模拟工作，再完成精馏塔的设计及后续的校核工作。其弊端在于，工艺计算的过程中，在一定程度上忽略了设备的实际可操作性，如塔泄露所带来的影响，而此类问题又往往是工艺计算环节所无法兼顾的。在常压塔、加压塔的设计中，此类设计思路影响不大；在减压塔设计中，因为压力将会给气体密度带来一定程度的影响，所以，操作、设计二者无法有效吻合的事件时有发生。所以，在设计减压精馏塔的过程中，应综合考虑工艺、设备的并行问题，并采取适当的模拟方法予以验证［1］。

二、工艺、设备并行问题模拟研究

塔板本身的操作性能将会对塔内气液负荷产生一定的影响，分别是塔板压降、雾沫夹带以及泄露问题。当前所采用的穿流塔板是一种具有全泄露性能的塔板，因而泄露影响微乎其微［2］；对新设计的精馏塔进行研究发现，其操作点普遍不高，即安全系数普遍较高，因而雾沫夹带影响也是微乎其微，值得注意的是，当塔板操作被置于高负荷状态时，则需关注这一问题。

1.传统设计思路中并行工艺计算及编程

在传统设计思路中，其工艺计算并没有结合精馏塔的实际构型问题，所以，在工艺计算及编程环节应于MESH方程组的物料平衡研究中添加雾沫夹带及泄露这二者的影响，另外，在确定每板实际压力时，应考虑塔板压降的计算。在初值赋值方面，前者通常为0，而后者则根据传统方法及操作者的经验确定，如此一来，在很大程度上提高了迭代收敛的实际难度。所以，建议如下方法：第一步，非并行模拟；第二步，塔板水力学影响的迭代计算；第三步，最迭代结果进行科学验证［3］。

2.在模拟软件的帮助下实施并行工艺计算

流程模拟软件的性能是毋庸置疑的，对常规工艺进行描述时，不仅能够保证精度的要求，同时还能够保证可靠性的要求，所以，在工艺、设备的并行模拟中，合理引入并应用流程软件便显得尤为重要了。

实践表明，在精馏塔气液摩尔流率的诸多影响因素中并不包括操作压力这一项，所以，在工艺模拟的具体环节，仅需对精馏塔的各项操作条件进行明确规定，便可直接确定塔内气液的实际摩尔流量。在流程模拟软件的帮助下，开展并行模拟操作时，一般执行以下方法和步骤：1）对常规条件下的平衡级流程予以模拟计算，同时对精馏塔板进行设计；2）确定雾沫夹带、泄露这二者可能会对液相负荷迭代造成的影响。在流程模拟软件的帮助下，对各板的雾沫夹带及泄露展开相应的计算；对于常规精馏塔而言，无论是精馏段，又或者是提馏段，二者各自的气液负荷均较为平稳，因此，可将计算结果直接加入前面提到的流程模拟的结果，并予以多次计算，当结果完全一致，又或者是收敛时，再进入到压力迭代计算；3）压力对气、液相分子量的影响微乎其微，对液相密度的影响也是如此，再加上液相负荷相对稳定，所以，以气相负荷为目标对象，对其展开压力迭代计算即可。实际操作方法是，对塔内件压浆关联进行相应换算，进而得到气液质量流率表征方程，根据模拟得到的质量流率，对整个精馏塔展开气相密度迭代，便能够获得理想的预期效果；4）根据并行模拟操作得到的气液负荷数据，对塔板设计进行相关校验［4］。

三、Aspen Plus软件及其应用

1.软件简介

Aspen Plus是一款基于化工生产工艺模拟而开发的软件，不仅拥有相对完善的物性数据库、高效的热力学计算系统，同时还拥有一系列相对独立的单元操作模块。在化工工艺设备的设计及安装环节，Aspen Plus以其强大功能具有十分重要的应用价值，且能够和其他相关软件形成有机配合，从而将一系列模型功能清晰地显示到工程桌面上去，从而为企业创造更大的经济价值。

2.Aspen Plus的使用方法

Aspen Plus的使用方法：1）定义模拟流程；2）设置模拟参数；3）模拟分析；4）模拟结果的输出。

现通过Aspen Plus软件对某化工企业的精馏操作予以模拟与分析。该精馏塔一共包含13块理论板，重点在于塔顶冷凝器、塔釜再沸器这两大部分，用以实现对甲苯和苯的有效分离。具体操作如下：1）泡点进料，进料量控制为110kmol/h；2）进料苯的摩尔分数控制为40%；3）塔顶将会获得96%的苯；4）塔釜液中的实际苯含量将会被控制在4%以下。

Aspen Plus软件模拟过程中，回流比及进料位置变化及其影响分析：1）随着回流比的逐渐增大，塔釜及塔顶所获得的产品纯度也获得了相应提升，与此同时，无论是加热蒸汽用量，还是冷却水用量，均有所增加；2）进料位置偏移最优值时，将会给分离效果带来不良影响，还会提高塔釜蒸汽的实际耗用量。

四、结语

若想保证设备设计这项工作的质量，要具备扎实的专业理论知识，要熟悉相关的设计标准及规范，要充分了解设备的结构性能，除此之外，还应重视并做好高新科技的引入和应用，如流程模拟软件。在流程模拟软件的帮助下，以工艺、设备为目标对象，对二者展开并行模拟计算将会对实际的设备设计产生十分重要的指导意义，从而为后续的生产操作奠定良好的基础。

［1］卫林，陈巍巍.Aspen Plus在精馏塔工艺设计中的应用［J］.科技致富向导，2013，15：250-251.

［2］郭倩，刘长亮.氨精馏塔控制工程设计［J］.天津化工，2013，01：56-58.

［3］李克景.浅谈精馏塔的工艺控制方案设计［J］.石油化工应用，2013，03：119-124.