Aspen Plus在醋酸精餾塔中的應用

溫志堅 程建芳 顧偉鋒

（浙江新和成股份有限公司，浙江 新昌 312500）

Advanced System for Process Engineering簡稱Aspen，是在1976～1981年由MIT主持、能源部贊助、55個高校和公司共同參與開發的一款基于序貫模塊法的穩態模擬軟件。

Aspen Plus擁有最完善的物性數據庫、包含有近6000種純組分的物性數據，擁有強大的熱力學物性計算系統，以及各種單元操作模塊。Aspen Plus在整個工藝裝置從研發、工程到生產的生命周期中，提供了經過驗證的巨大的經濟效益。它將穩態模型的功能帶到工程桌面，傳遞著無與倫比的模型功能和方便使用的組合。

Aspen Plus已廣泛地應用于工廠設計、工藝方案比較、老裝置改造、裝置標定、開車指導、可行性研究、脫瓶頸分析、工程技術人員和操作人員的培訓等領域，協助企業優化生產裝置，降低生產成本和操作費用，以及節能降耗等，以獲得巨大的經濟效益。

1 工藝過程簡述

公司在生產產品的過程中，每天會產生近35t的廢醋酸混合溶劑，為了降低生產成本，需要從上述混合溶劑中提純醋酸進行套用。從節約投資方向考慮，準備利用原有閑置精餾塔進行改造，應用Aspen Plus軟件對精餾過程進行模擬計算，判定塔的改造方式以及尋找合適的操作條件。

原閑置塔的參數為塔徑φ1200mm，提餾段高度為3000mm，精餾段高度為3000mm，填料為BX陶瓷板波紋填料.

要求塔的處理能力滿足進料量為1500kg/h的廢醋酸溶液。廢醋酸溶液的組份分別為64％（w％）醋酐、34％（w％）醋酸及2％（w％）腳料（主要為硬脂酸丁酯）。通過精餾塔回收，使塔頂的醋酸含量≥98％，進而進行套用。

工藝流程見圖1。

圖1 醋酸精餾工藝流程示意圖

2 計算模型與模塊的選取

Aspen Plus中有DSTWU、Distl、RadFrac、Batchsep等塔模型來計算和模擬精餾塔，其中RadFrac是一個嚴格的用于模擬各種類型的多級汽液分餾操作的模型，可以同時聯解物料平衡、能量平衡和相平衡關系，用逐板計算方法求解給定塔設備的操作結果。因此選取此模塊進行連續穩態模擬。

一般在相平衡模擬計算中常用的活度系數模型有WILSON方程、NRTL方程等。NRTL方程在表示二元和多元的汽液平衡方面是相當好的，能有效的關聯化學品系統在低壓下的性質，適用于完全互溶和部分互溶體系，同時能夠準確的模擬非理想溶液汽液和液液平衡。

3 模型的計算

利用Aspen Plus中的模塊庫，選擇RadFrac模塊，定義流程涉及組分，選擇熱力學性質計算方法，輸入進料條件和產品條件。

利用RadFrac模型帶有內部的設計規定功能，通過設計規定（Design Specs）：塔頂出餾物中醋酸含量≥98％；變化（Vary）：回流比從0.5～3.5自動計算，計算結果如圖2，從圖中可看到Reflux Ratio=2.68時，比較合理。

通過逐板計算，可以得出R=2.68時，塔內的溫度分布、塔內氣相組成、塔內液相組成，見圖3～圖6。

圖3 R=2.68塔內壓力分布

圖4 R=2.68塔內溫度分布

從圖3中可以看到，R=2.68時，塔頂壓力為Ptop=0.2bar，塔釜壓力為Pbottom==0.258bar。從圖4中可以看到，R=2.68時，塔頂溫度為Ttop＝76.3℃、塔釜溫度為Tbottom=102.9℃。

圖5 R=2.68塔內液相組成

圖6 R=2.68塔內氣相組成

從圖5～圖6中分別可以看到，R=2.68時，塔頂出料組成，醋酸含量（w％）=98％醋酐含量（w％）=2％。

4 結論

（1）該塔經工程安裝投產后，實際操作數據為塔釜控制溫度100℃，塔頂操作壓力0.2bar，塔頂醋酸含量為98.1％，將實際記錄的操作數據與模擬值（98％）進行比較，數據吻合良好。

（2）通過實踐證明，采用Aspen軟件中的NRTL模型能夠很好的適用于醋酸-醋酐汽-液平衡體系。

（3）回流比變化，塔板溫度、熱負荷、醋酸濃度都發生變化，在滿足醋酸質量的情況下，可以通過調節回流比來模擬操作工況，以便確定更經濟、更穩定的操作條件，對實際生產有很好的指導作用。

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