Aspen-Plus模擬在氟化工中的應用

謝青(重慶化工設計研究院，重慶 400039)

隨著信息化時代的到來，信息化技術的不斷發展進步，并廣泛滲透及應用于社會各個領域，其對各領域的發展發揮了重要的推動作用，尤其是在化工領域的廣泛應用，其不僅為化工領域創造了巨大的經濟效益，促進了其技術工藝手段的不斷發展，還為推動化工領域的健康可持續發展作出重大貢獻。As?pen-Plus軟件的開發，以及在化工領域的廣泛應用，便是其典型代表，該軟件系統最早由美國于上世紀開發，并廣泛應用于化工領域中，因該系統具有計算精度高，及能夠進行多種形式計算，并對化工裝置進行優化，同時可以實現對物性資料的大量存放等特點，使得其備受化工領域的青睞。當前該系統已成為化工領域的最為重要的平臺之一，很多相關配套設施都是在該系統的基礎上得以正常運行的，化工生產過程中，可以通過其獲得換熱器等多個單元，以及豐富的物性數據資料等，因而其已成為化工領域中最為核心的系統之一。下文將就Aspen-Plus模擬系統，當前在氟化工中應用情況進行詳細分析。

1 Aspen-Plus模擬系統在氟化工中的應用情況

1.1 NF3－CF4方面應用情況分析

其是一種主要以HCL化學物質當成共沸試劑的體系，而經過對該共沸體系進行有效分析可以發現，Aspen-Plus系統能夠很好的應用于其中，有效的實現對其精餾操作的真實模擬，而在精確計算方面，則可以采用RADFRAC模塊進行，在對相關物質的化學及物理性質的計算方面，則可以使用該系統中的相關方程模塊實施計算，即該系統中重要的PR方程。該系統的具體模擬情況，詳見下圖1.采用該系統對該過程進行有效的模擬，能夠準確的獲得相關的重要數據資料，如在共沸精餾過程中，其物料的相關回流比，以及在進行進料操作時，可以通過該系統軟件，準確的記錄其進料情況，并經過相關模塊對數據進行捕捉并進行精確計算，最終得到其準確的進料比例。此外，該系統可以通過多次模擬過程，獲得對產品純度的最優方案，因產品純度在很大程度上，與物料的進料區域有著緊密的聯系，因而可以通過該系統進行多次模擬，最終獲得能夠使產品純度最高的進料區域，這對于提高NF3－CF4體系的生產效率及質量，有著重要應用價值。與此同時該系統里面所包含的RADFRAC模塊，在精餾塔設計方面，也有著重要作用，其可以通過系統的多次模擬，找出最佳的設計方案，同時在操作方面，亦可以通過此種方式，從中找到最佳操作方式，并可以對其進行深入的分析等，該系統的應用，能極大的節約化工人力、物力及財力資源，降低化工生產設計過程中的不必要成本浪費，極大的降低生產過程中安全事故發生的概率，同時對化工生產效率的提高，也有著積極的推動作用，其為NF3－CF4體系的整個設計、生產過程等，提供重要的參考資料[1]。

圖1 NF3－CF4體系模擬圖

1.2 VDF生產過程應用情況

該系統還能夠有效的應用到VDF的生產中來，其應用原理主要是，在嚴格依據實際生產的前提條件下，通過該系統對VDF的整個生產情況，進行全時段全方位的模擬，并建立相應的仿真模塊，同時對相關重要的參數指標進行合理的調整設置，最終可使得該模塊在真實性方面，可以比擬真實的化工生產流程，且在相關重要數據值方面，能將其波動范圍有效控制在真實值的4.50%左右，從而為該系統后續的生產模擬奠定良好基礎。通過該系統構建的此模塊，可以對其進行相關參數的設置后，對其精制塔實施相關研究，其參數的設置情況可以是這樣，即VDF生產所需設備器械保持原有種類，同時對其所使用的原料在數量及質量上也予以保持原樣。在此基礎上對其進行模擬，經模擬結果顯示，通過合理的進料區域的選擇，可以將VDF產品的產量極大的提升，其提升量比率最高可以達到4,10%,同時在模擬過程中，還發現在精制塔的9-13層板范圍內，是其最為高效的原料投放區域，在該區域進料，能夠有效的提升VDF的產量，此外，在產品純度方面，通過模擬過程，還可以發現其與物料的回流比存在一定的聯系。由此可看出通過該系統的仿真模擬，能夠極大的節約該研究過程中原料的浪費，節省人力資源，提升生產效率。同時還能對VDF生產工藝的更新換代，也有著重要作用，因該模擬研究過程發現，可以通過去除若干塔設備的方式，通過側線采出的手段，實現對工藝技術的升級，同時對于設備制造資金投入，也是巨大的節約。對經過改良的精制塔再次進行模擬，可以發現實現VDF產量最高的進料方案是，在19層塔板區域投放原料，而在側線出料的區域方面，其經過模擬計算，其準確位置是第5塔板，同時還發現CO脫除率等，還與回流比存在一定的聯系[2]。

1.3 HFPO與HFP分離應用情況

HFPO是一種重要的有機氟化工原料，其是多種氟化工工藝過程中的重要產物之一，因而其在氟化工中的重要性可想而知，該物質主要由HFP通過一些列反應獲得，其中最重要的方式采用氧化的方式，由于有機反應反應不完全，因而在反應生成HFPO物質的同時，還有部分HFP物質沒有反應完全而遺留下來，最終形成兩者的混合物。而為了獲得純度較高的HFPO，就必須該混合物進行化學分離，在有機混合物的分離上，一般采用蒸餾或萃取的手段，然而由于HFPO的沸點是-27.4℃,而HFP物質，其沸點是-29.4℃，兩者沸點相差不大，采用蒸餾的方法很難獲得高純度的餾分，因而在分離中，主要采取萃取的方式，實現對該混合物的有效分離，為了提升萃取效率，獲得最佳萃取方案，可采取Aspen Plus系統，對其萃取過程進行模擬，萃取劑的最佳選擇，是CH2Cl2，而該過程高效進行的重要前提是，獲得該混合物的氣液平衡信息資料。在模擬中，經過多次的變量改變，從中選擇最佳的萃取方案，這些變量包括溶劑比，以及不同進料區域等，通過多次的萃取模擬，其結果顯示，為了實現混合物的高效分離，提升HFPO的分離純度，將其回流比設置在3.50，在第4塔板區域，將溶劑投放進去，HFPO物質的分離純度，能夠高達98,88，該純度的HFPO可以用于各種氟化工生產中，因而該分離工藝非常具有實效。通過使用該系統對真實的萃取分離過程進行模擬，能極大的節約萃取實驗中HFPO等重要原料的不必要損失，同時還能節省人力資本，在較短的時間內找到，其最佳的萃取方案，這有利于萃取工藝的優化提升，對于今后的氟化工中，有機混合物的分離操作，有著重要的參考作用[3]。

2 結語

由以上可以看出，Aspen-Plus系統可以用于多個氟化工的生產過程模擬中，在節省大量人力、物力及財力資本的同時，還能有效的提升化工生產效率，對于化工新工藝的創新也有著重要推動作用，因而加大對該模擬系統的進一步研究，有著積極意義。

[1]李盛姬,田端正,吳江平,張建君.Aspen Plus模擬在氟化工中的應用研究[J].有機氟工業,2011,(02):36-40.

[2]李萌萌,姜召,李璐,方濤.Aspen Plus在超臨界流體技術中的應用研究進展[J].化工進展,2014,(S1):19-26.

[3]王帥,鐘宏,金一粟,滿瑞林,李海普.Aspen Plus在化工專業教學中的應用[J].化工時刊,2010,(02):67-70.