Aspen Plus在酒精加減壓精餾塔中的應用

2016-07-05 00:38:43李道權

化工設計 2016年3期

李道權

中國海誠工程科技股份有限公司　上海　200031

伍偉偉

華東理工大學工程設計研究院有限公司　上海 200237

Aspen Plus在酒精加減壓精餾塔中的應用

李道權*

中國海誠工程科技股份有限公司上海200031

伍偉偉

華東理工大學工程設計研究院有限公司上海 200237

摘要在原有香料精餾塔基礎上進行改造，以Aspen Plus為模擬工具，設計一套加壓、減壓精餾流程，該工藝不僅可以利用原香料精餾塔，而且充分考慮加減壓塔之間的溫度匹配問題，利用加壓塔塔頂的氣相冷凝熱作為減壓塔塔底再沸器的熱源，降低能耗，減少設備投資。

關鍵詞差壓加壓減壓精餾塔酒精

浙江某公司利用進口的粗酒精經分離提純合格后可作為乙胺的生產原料，如果精餾塔設計合理的話可以利用其香料分廠閑置的填料精餾塔，為企業帶來一定的經濟效益。

1設計要求

(1)單位產品的能耗小于原料酒精與粗酒精的差價。

(2)日產乙醇100t，要求：甲醇≤0.02%，雜質總和<0.05%(含甲醇)。

(3)利用香料廠閑置的兩臺精餾塔，塔徑為Φ1300mm。

2工藝方案的確定

為了充分節省蒸汽用量，選用差壓精餾操作，并采取集成換熱，即通過加壓塔塔頂蒸汽的冷凝熱作為減壓塔塔底的再沸熱[1]，可分別選用兩種方案：方案一為減壓加壓工藝流程；方案二為加壓減壓工藝流程。

2.1方案一

減壓加壓酒精精餾工藝流程見圖1。

采取2塔分離。T1塔頂脫甲醇，塔底去T2塔，采取負壓操作，降低塔釜溫度。

T2塔加壓操作，塔頂出乙醇產品(含水量不作要求)，釜底出正丙醇和高沸物。塔頂氣相去加熱T1塔底。

2.2方案二

加壓減壓酒精精餾工藝流程見圖2。

圖1　減壓加壓酒精精餾工藝流程

圖2　加壓減壓酒精精餾工藝流程

乙醇原料首先經預熱器加熱后送至脫正丙醇塔(T1)，T1在比常壓稍高的操作壓力下操作，從塔底脫除正丙醇及部分水，塔頂獲得含甲醇的乙醇水溶液進脫甲醇塔(T2)。

T2在減壓下操作，從塔頂脫除甲醇，塔釜獲得產品乙醇水溶液。T2釜液用循環泵送至T1塔頂冷凝器A，被加熱汽化后返回T2塔底。T1塔頂另設一臺冷凝器B，用循環水冷卻，實現能量平衡。

2.3工藝方案和設備選型確定

經過模擬計算，方案一的減壓塔分離甲醇比方案二困難一些，需要塔徑較大，現有香料精餾塔不能滿足要求。兩者能耗基本一致，故采用方案二為最終方案。下面將介紹方案二的模擬情況。

加壓塔與減壓塔的塔釜再沸器，都選用降膜式蒸發器來代替原有香料精餾塔的釜式再沸器，采用降膜式蒸發器可以縮短物料的停留時間，因此傳熱系數很高，節省蒸汽用量[2,3]。

2.4兩塔操作溫度、操作壓力的確定

塔壓的選擇實質上是塔頂、塔底溫度選取的問題。因為冷凝器出口的溫度是塔頂產品的泡溫(飽和液相出料)，露溫(飽和氣相出料)或它們之間的溫度(混合出料)，而塔釜的溫度是塔釜產品的泡溫。塔頂、塔底產品的組成是由分離要求規定的，故塔頂、塔底的溫度確定后就可以決定塔壓。由于塔的壓降是由塔的水力學計算決定的，故塔頂、塔底壓力兩者中只能選定一個。冷凝器的出口溫度又是由冷卻介質決定的。設計時先確定冷卻介質溫度，加上冷凝器的終端溫差便可得到塔頂產品的溫度，然后根據塔頂產品的相態對產品進行露點、泡壓計算便可確定塔頂壓力。

本設計中減壓精餾塔T2的操作壓力不能太低，因為太低會導致塔頂氣相溫度太底，太低的溫度不能用廉價的冷卻水冷卻而需要用高昂的冷凍鹽水冷卻，運行費用明顯增加，為此調整T2塔塔頂設計壓力，當操作壓力調為“-0.7atm”時，對應的產品的露點溫度為44.3℃，此時可選用工廠已有的20℃的冷卻水做為冷卻介質。按照分離要求，考慮合理的塔壓降后，此時T2塔塔釜溫度為56.3℃。

對于加壓精餾塔，較低的操作壓力有利于加壓精餾裝置的節能，并且隨著操作壓力的降低，要分離的混合物中各組分間相對揮發度增大，即在較低的操作壓力下，混合物中各組分較容易分離[4]。但是本設計是用加壓塔(T1)塔頂物料作為減壓塔(T2)的熱源，如果壓力太低，會導致塔頂溫度過低，不利于傳熱，按照經驗，當采用工藝介質作為熱集成的熱源時，再沸器的溫差一般為10～25℃。為此，在滿足分離要求及傳熱溫差的要求下，調整T1塔塔頂壓力，當操作壓力調為0.3atm時，對應的塔頂溫度為84.7℃，以此股熱源為T2塔的再沸器熱源能滿足傳熱溫差的要求。

3方案二各種參數及結果

各物流量及組成、各塔操作參數、各換熱器熱負荷及初估面積、乙醇提純工藝塔設備估算結果分別見表1、表2、表3、表4。