杨振军

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

【产 品】

Aspen Plus模拟分析氯醇化法环氧丙烷精馏

杨振军

(滨化集团股份有限公司，山东 滨州 256619)

Aspen Plus；环氧丙烷；精馏；模拟

采用Aspen Plus对氯醇化法环氧丙烷精馏系统进行模拟，模拟值与实际值基本吻合；分析了进料板位置和理论板数对精馏塔的影响，并确定了精馏参数。

环氧丙烷是一种重要的基础有机化工原料，随着下游产品对环氧丙烷的需求不断增长，优化环氧丙烷装置具有非常重要的意义。精馏工序是环氧丙烷生产中的重要环节，优化精馏参数是环氧丙烷装置提高产品质量、降低消耗、控制投资的重要内容。

Aspen Plus模拟软件可以对化工过程的规划、研究、开发及技术的可靠性进行分析，达到优化装置的目的[1]。现采用Aspen Plus模拟软件对氯醇化法环氧丙烷的精馏进行分析。

1 工艺参数确定

本次模拟以艾斯本公司的Aspen Plus和滨化集团股份有限公司(以下简称“滨化集团”)环氧丙烷精馏进料组成为基础。环氧丙烷精馏塔的进料量取12 300 kg/h，组成如下：w(环氧丙烷)=93%,w(二氯丙烷)=2.849 55%,w(丙醛)=1.18%,w(α-氯丙醇)=1.17%,w(水)=1%,w(乙醛)=4.5×10-6,w(二氯异丙醚)=0.8%。进料温度46 ℃，塔顶压力107 kPa，塔釜压力159.5 kPa，产品要求塔顶总醛质量分数小于20×10-6。

通过Aspen Plus中的DSTWU设计模块测算精馏塔的工艺参数[2]，模拟流程图见图1。经过DSTWU模拟测算，精馏塔实际回流比为3，理论塔板数为56，进料在第33块塔板位置。此时，塔釜温度77.2 ℃，塔顶温度36 ℃。

图1 环氧丙烷精馏模拟图

采用Aspen Plus中回流比与理论板数分析功能，生成关系曲线(见图2)，从关系曲线中可以看出55块理论板后的曲线趋于平稳。从经济合理性来确定，精馏塔可取56块塔板，与模拟结果相吻合。

图2 回流比与理论板数关系曲线

Fig.2 Relationship curve between reflux ratio and theoretical plate number

2 热力学模型参数的确定

Aspen Plus模拟的精确度很大程度上取决于数学模型的选择[3]。根据经验，进料中的组分多为极性物质，因此采用NRTL模型作为精馏的热力学模型，以DSTWU的计算结果为基础，选用Radfrac模块进行静态模拟，运行结果如表1所示。

经过测算，结果与实际比较接近，因此采用NRTL模型符合该精馏塔的要求。

3 精馏塔内分析

3.1 塔内物质的相对挥发度

进料中的组分较多，采用Aspen Plus中的相对挥发度曲线(如图3所示)，以环氧丙烷为基准进行相对挥发度分析。本次精馏的目的是塔顶采出合格的产品，保证总醛的含量。由图3可以看出：塔内组分中环氧丙烷和丙醛的相对挥发度较小。由此可见：做好环氧丙烷和丙醛的分离是精馏的关键。总醛的含量是由乙醛和丙醛共同控制的，组分中乙醛的沸点最低，进料中的乙醛含量也制约着产品的总醛含量。

图3 精馏塔内组分的相对挥发度

Fig.3 Relative volatility of components in rectifying tower

3.2 塔内温度和压力分布

通过Aspen Plus中的绘图导向生成塔内温度和压力的分布曲线图(如图4、图5所示)。由图4、图5可以看出：塔内的压力从塔顶到塔底平稳升高(塔板按从上到下的顺序计数，下同)；而塔内的第49块塔板之上的温度是按一定的斜率平稳升高，再向下温度骤增。这是水、二氯丙烷和丙醛形成共沸体系所致(与图3中的图形相对应)。

图4 塔内温度分布图

3.3 塔内液相组成的分布

利用绘图导向生成塔内液相组成分布曲线(见图6)，可以直观地了解塔内各塔板上的液相组成分布，由图6可以看出：塔内液相组分分布比较合理，塔顶基本是环氧丙烷，塔釜中二氯丙烷含量最高，环氧丙烷几乎没有。这与精馏的预期效果基本相符，该精馏塔符合设计要求。

图5 塔内压力分布图

图6 塔内液相组成分布曲线

4 灵敏度分析

采用Aspen plus 中的灵敏度分析功能分别分析进料位置和理论板数对精馏塔热负荷的影响，确定合适的进料位置和理论板数。

4.1 进料位置对热负荷的影响

利用灵敏度分析进料板对再沸器和冷凝器负荷的影响，并生成图7和图8的关系曲线。从图7、图8可以看出：再沸器和冷凝器的负荷随着进料位置的下移，负荷先减小后增大；在第38块板处，冷热负荷均较小。综合考虑，进料板位置可以设置在第38块板处。

4.2 理论板数对热负荷的影响

同样采用灵敏度分析绘制理论板数与再沸器和冷凝器负荷的关系曲线(如图9、图10所示)。再沸器和冷凝器的负荷随着理论板数的增加逐渐降低，到55块板时开始趋于平稳。根据分析，可以取理论板数为56块。

图7 进料板位置与再沸器负荷关系曲线

5 塔板分析

在以上结果的基础上，采用Aspen Plus进行再次模拟，并对塔板进行核算，运算结果如表2所示。塔板直径2.2 m，开孔率为10%，最大液泛因子75.7%，最大降液管液位/板间距为0.322，核算数据比较合理。

图8 进料板位置与冷凝器负荷关系曲线

图9 理论板数与再沸器负荷关系曲线

图10 理论板数与冷凝器负荷的关系曲线

表2 塔板效率汇总表

6 结论与建议

Aspen Plus模拟结果：精馏塔理论板数为56块，从第38块进料，回流比为3，塔板直径2.2 m；开孔率为10%，最大液泛因子75.7%，最大降液管液位/板间距为0.322，塔釜再沸器负荷为5 112.38 kW。

滨化集团环氧丙烷生产装置精馏塔塔板为88块，从第70块进料，回流比3.1，塔直径为2.2 m。按塔效率为0.55计，模拟结果换算后的实际生产塔板为102块，进料在第69块塔板位置，可实现总醛质量分数控制在20×10-6以下。现精馏塔的实际运行结果是总醛质量分数在20×10-6上下浮动，有时可达到30×10-6，须进一步改造优化。

根据模拟结果可以看出，产品中的乙醛和丙醛共同影响着总醛含量。为保证产品总醛含量要求，建议改造方案如下。①精馏塔进料组成的控制。乙醛是影响产品总醛含量的重要因素，对精馏前一步的脱氢塔进行改造，降低精馏塔进料中的乙醛含量，确保总醛含量达标。②精馏塔改造。根据模拟结果增加精馏塔塔板，提高分离效率，降低丙醛的含量，实现总醛含量的控制。

采用Aspen Plus流程模拟软件可以快速完成对精馏塔的分析和核算，对生产装置的优化具有重要的指导意义，协助企业进行产能提升，降低能源消耗，从而创造出更大的经济效益。

[1] 李锋，赵新堂，万宝锋.流程模拟软件Aspen Plus在精馏塔设计中的应用[J].浙江化工，2014， 45(9)：48-51.

[2] 孙兰义.化工流程模拟实训-Aspen Plus教程[M].北京：化学工业出版社，2014：88-89.

[3] 李群生，刘阳.氯乙烯精馏过程的Aspen Plus模拟分析[J].北京化工大学学报(自然科学版)2009，36(1)：5-8.

[编辑：董红果]

Aspen Plus simulation analysis on distillation of epoxy propane produced by chlorohydrin

YANGZhenjun,ZHAOXuejun(Befar Group Co., Ltd., Binzhou 256619, China)

Aspen Plus；propylene oxide; distillation; simulation

Aspen Plus simulation was carried out on distillation system of epoxy propane produced by chlorohydrin method. Simulation value basically agreed with practical value. The influence of feed plate position and that of theoretical plate number on the distillation results were analyzed. The distillation parameters were determined.

杨振军(1970—)，男，现任滨化集团股份有限公司总经理助理。

2017-01-04， 赵学军

TQ223.26

A

1008-133X(2017)04-0026-04