Aspen Plus模擬計算軟件在氯化氫吸收與解析化工設計中的應用

王宏賓(神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

Aspen Plus模擬計算軟件在氯化氫吸收與解析化工設計中的應用

王宏賓(神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

氯化氫的吸收與鹽酸的解析化工過程設計需要大量物性參數和模型計算，應用工程軟件高效的完成過程模擬和計算可節省大量時間、資金和人力。本文綜述了Aspen Plus模擬軟件在氯化氫吸收與解析化工設計中的應用，就化工過程模擬方法進行了探討。

Aspen Plus;氯化氫;吸收;解析

Aspen Plus工程軟件是集物性分析、單元設備模型和流程模擬于一體的通用計算軟件[1]，該軟件具有豐富的物性數據系統和適用于不同場合的物性方法，為科學研究、工業設計和生產管理等提供可靠的理論依據。

鹽酸和氯化氫氣體是重要的化工產品，廣泛用于石油化工、冶金、制藥等行業。近年來隨著氯堿、有機硅、稀土等行業快速發展，生產過程中副產大量低濃度的鹽酸，且鹽酸中含有機物、雜質離子等而無法直接使用，因此，通過解析工藝將副產鹽酸生成高附加值的氯化氫氣體，成為該類鹽酸主要的利用途徑。本文就基于Aspen Plus模擬軟件在氯化氫吸收與解析化工設計中的應用進行綜述和探討。

1 氯化氫吸收制備鹽酸工藝流程模擬

1.1 氯化氫吸收工藝描述

氯化氫吸收制備鹽酸通常采用多級吸收工藝，其中多級填料塔串聯使用，氯化氫氣體則順次進入多級填料吸收塔進行鹽酸吸收，新鮮水從最后一級塔頂部注入，每級塔底采出部分稀酸返回前一級塔頂作為吸收液。

1.2 Aspen Plus模擬計算

Aspen Plus模擬計算氯化氫吸收制備鹽酸時填料吸收塔是主要模塊，其模擬選用RadFrac模型，該模型屬于一個嚴格模型，主要用來模擬兩相或三相體系的精餾、吸收等類型操作。模擬流程如圖1所示。選用ELECNRTL物性方法，靈敏度分析法研究工藝參數的變化對系統計算結果的影響。輸入初始進料條件及設計規定，對裝置運行結果進行模擬計算。

繆暉[2]等用Aspen Plus模擬了1000 Kt/a Deacon工藝中氯化氫吸收塔的設計，在輸條件為：塑料鮑爾環散堆填料規格為Φ38mm×3mm，溫度80℃，壓力0.285 MPa，塔高4.0 m，塔徑2.34 m，吸收劑流量為10.379 t/h，計算得到氯化氫的吸收率達到80%，能夠滿足設計要求。楊紫琪[3]等對改良西門子法尾氣中氯化氫回收工藝進行了模擬，采用靈敏度分析方法研究了體系中各操作參數對氯化氫吸收效果的影響，進而獲得優化的操作參數。計算結果表明：吸收劑的初始溫度對氯化氫吸收效率影響最大，吸收劑的流量影響次之，混合氣進塔的溫度影響較小。

2 鹽酸解析制備氯化氫工藝流程模擬

2.1 鹽酸解析工藝描述

鹽酸解析是將鹽酸預熱后送至解析塔，經過再沸器加熱后的氣液混合物在解析塔底沸騰，含高濃度HCl的蒸汽在解析塔內上升并與塔頂噴淋而下的鹽酸進行傳熱傳質，利用蒸汽的潛熱使鹽酸中的HCl解析出來，氣體再經過冷凝器冷卻脫水，獲得高純度氯化氫氣體[4]。

2.2 Aspen Plus模擬計算

Aspen Plus模擬鹽酸解析制備氯化氫氣體流程，選用塔RadFrac模型，Flash2模塊模擬計算分離出的氯化氫氣體和水，Heater模塊模擬計算冷凝氯化氫氣體中的水，模擬流程如圖2所示。物性方法選用PR[5]、NRTL[6]。采用靈敏度分析法研究工藝參數的變化對系統計算結果的影響。輸入初始進料條件及設計規定，對裝置運行結果進行模擬計算。

馬海龍[5]等模擬了以氯化鈣為萃取劑條件下的低濃度鹽酸解析工藝，選用PR物性方法，在計算物料平衡和能量平衡的基礎上，分析了冷凍溫度對氯化氫氣體品質的影響，結果表明，該工藝優化后的冷凍溫度為-22℃，較常規冷凍溫度調高了39℃，有利于節能。吳瑩瑩[6]等提出一種稀鹽酸中回收氯化氫的分壁式萃取精餾工藝，采用濃硫酸作為萃取劑，采用軟件靈敏度分析工具對原料進料位置、萃取劑進料位置、回流比進行了優化，與常規萃取精餾工藝進行了比較，結果表明：在滿足分離要求前提下，分壁式萃取精餾工藝能耗更低和設備投資更小，再沸器和冷凝器負荷分別降低了14.2 %和15.4 %，并且比常規萃取精餾工藝節省了一個精餾塔的相關附屬設備。

圖1 Aspen Plus氯化氫吸收模型圖[2]

3 結語

本文對Aspen Plus軟件模擬在氯化氫吸收與解析化工設計中的應用進行了綜述。軟件模擬選擇合適的單元操作模型如：Flash2、Heater和RadFrac，選擇合適的物性方法如：ELECNRTL、PR和NRTL，利用靈敏度分析工具研究工藝參數的變化對系統運行結果的影響，進而獲得優化的操作參數。通過將計算機模擬引用到實驗研究和工業生產中，可以完成復雜的計算工作和預測裝置的運行結果，節約了實驗時間和實驗經費，對實際生產具有良好的指導意義。

[1]孫蘭義.化工流程模擬實訓—Aspen Plus教程[M].北京：化學工業出版社,2012：1-3.

[2]繆暉,趙桂新,馬斌全.100kt/a Deacon工藝中氯化氫吸收塔的設計[J].化學世界,2015,56(11)：653-655.

[3]楊紫琪,張博.改良西門子法尾氣回收中影響氯化氫吸收因素的模擬分析[J].化工時刊,2016,30(7)：24-25.

[4]鄧芝強.鹽酸解析工藝路線的比較[J].廣州化工,2012,40(18)：122-124.

[5]馬海龍,賈小平,項曙光.用Aspen軟件模擬計算HCI回收[J].化學工業與工程技術,2008,29(5)：16-19.

[6]吳瑩瑩，鄔慧雄，屈艷莉.稀鹽酸中回收氯化氫的分壁式萃取精餾工藝[J].化學工程,2015,43(10)：69-72.

圖2 鹽酸解析產氯化氫氣體模型圖[5]