低碳混合醇分離序列的合成與熱集成工藝

楊德明，譚建凱，王 穎，高曉新

(常州大學(xué) 石油化工學(xué)院，江蘇 常州213164)

低碳混合醇是指C1 ～C6 醇類混合物，其應(yīng)用十分廣泛［1］，煤化工的發(fā)展正加速推進(jìn)煤制低碳混合醇技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。由于混合物中組分較多，組分沸點(diǎn)差較大，因此如何選用最為經(jīng)濟(jì)、最為有效的分離方法已成為研究的重要課題［2－3］。本文應(yīng)用ASPEN PLUS 軟件模擬計(jì)算低碳混合醇的分離過程，在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用探試法、有序搜索法及調(diào)優(yōu)法，以年運(yùn)行總成本費(fèi)用最低為目標(biāo)，研究低碳混合醇的最優(yōu)分離序列。篩選一條分離低碳混合醇的最佳工藝路線。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與計(jì)算模型

1．1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

低碳混合醇處理量為100 kmol/h，其料液組成及分離要求見表1。

表1 低碳混合醇組成及分離要求

1．2 熱力學(xué)計(jì)算模型

熱力學(xué)狀態(tài)方程的選用，對(duì)精餾模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大。低碳醇屬于極性體系，具有二元交互作用參數(shù)，故選擇NRTL －RK 計(jì)算模型，即采用NRTL 方程計(jì)算液相活度系數(shù)，采用RK 方程計(jì)算氣相逸度系數(shù)。

1．3 年總費(fèi)用計(jì)算模型

最優(yōu)方案的確定是基于綜合經(jīng)濟(jì)效益，即用年總費(fèi)用(δ)進(jìn)行評(píng)價(jià)。年總費(fèi)用主要包括以下三部分:塔釜加熱蒸汽費(fèi)用(α)、塔頂冷卻水費(fèi)用(β)、設(shè)備折舊費(fèi)(λ)。設(shè)備費(fèi)用主要包括塔體(含內(nèi)件)和換熱器兩部分。假定設(shè)備使用周期為5 年，年工作量按7500 h 計(jì)，則可以采用以下費(fèi)用模型計(jì)算年總費(fèi)用［4－5］:

式中 CB——蒸汽單價(jià)/元·t－1，取220 元/t;

CW——冷卻水單價(jià)/元·t－1，取0．35 元/t;

CC——塔造價(jià)/元·m－3，取8000 元/m3;

CA——換熱器造價(jià)/元·m－2，取850 元/m2;rB——蒸汽 潛熱/kJ·kg－1，取2 177． 6 kJ·

kg－1;

QC——冷凝器負(fù)荷/kW;QB——再沸器負(fù)荷/kW;