基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的模擬和優(yōu)化

李錢(qián)

摘 要： 在環(huán)己酮生產(chǎn)過(guò)程中，為了對(duì)皂化液中殘余的氫氧化鈉進(jìn)行去除，需對(duì)萃取塔加以設(shè)置，隨著環(huán)己酮生產(chǎn)需求與能力的不斷提升，傳統(tǒng)萃取塔的萃取效果已經(jīng)難以滿(mǎn)足需求和達(dá)標(biāo)。為了確保萃取塔改造的準(zhǔn)確性，本文基于環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔工藝流程，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)中的ASPEN PLUS模擬軟件加以應(yīng)用，對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的模擬與優(yōu)化進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞： 環(huán)己酮;萃取塔;工藝;優(yōu)化;計(jì)算機(jī)技術(shù)

在化工原料領(lǐng)域中，環(huán)己酮是其中重要的有機(jī)化工原料，近年來(lái)我國(guó)在環(huán)己酮的生產(chǎn)與需求方面增長(zhǎng)很快，我國(guó)環(huán)己酮的生產(chǎn)多屬于對(duì)己內(nèi)酰胺與己二酸的配套生產(chǎn)，其中65%的環(huán)己酮被作為原料投入己內(nèi)酰胺生產(chǎn)中，20%的環(huán)己酮被作為原料投入己己二酸生產(chǎn)中，剩下15%被作為相關(guān)化工原料。[1]在環(huán)己酮生產(chǎn)過(guò)程中，為了對(duì)皂化液中殘余的氫氧化鈉進(jìn)行去除，需對(duì)萃取塔加以設(shè)置，隨著環(huán)己酮生產(chǎn)需求與能力的不斷提升，傳統(tǒng)萃取塔的萃取效果已經(jīng)難以滿(mǎn)足需求和達(dá)標(biāo)。而如果直接在原塔中進(jìn)行改造，則會(huì)給整套裝置的正常生產(chǎn)帶來(lái)影響，不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)方面的損失，還有可能導(dǎo)致工藝差錯(cuò)問(wèn)題，需要考慮成功率問(wèn)題。為此，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在各種工藝改造技術(shù)中，開(kāi)始對(duì)ASPEN PLUS模擬軟件加以應(yīng)用，根據(jù)模擬結(jié)果來(lái)進(jìn)行工藝優(yōu)化，大大提高了改造效率。[2]本文即環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔工藝流程，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)中的ASPEN PLUS模擬軟件加以應(yīng)用，對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的模擬與優(yōu)化進(jìn)行分析。

1 工藝流程描述

在環(huán)己酮生產(chǎn)過(guò)程中，其所應(yīng)用的萃取塔是一種直徑為兩米的填料塔，其工藝流程可見(jiàn)下圖。在混合槽中，除了含有環(huán)己烷、環(huán)己酮外，還含有環(huán)己醇與少量鈉鹽以及氫氧化鈉，這些含堿有機(jī)相（B）會(huì)被加入萃取塔底部中。進(jìn)入到萃取塔底部后，這股物料會(huì)被分為兩個(gè)液體層，對(duì)于上升的上部有機(jī)層來(lái)說(shuō)，其為萃取過(guò)程的連續(xù)相，對(duì)于來(lái)自密封水槽的洗滌水（D）來(lái)說(shuō)，其為萃取過(guò)程的分散相。連續(xù)相與分散相會(huì)在萃取塔中實(shí)現(xiàn)逆流接觸，隨著有機(jī)液上升的分散水滴，其中所包含的鈉鹽和氫氧化鈉隨之會(huì)經(jīng)過(guò)工藝水萃取出。對(duì)于頂出口萃余液（C）來(lái)說(shuō)，還含有微量水，因此會(huì)被送入干燥塔中，對(duì)于萃取塔底部的萃取液（A），則會(huì)通過(guò)泵向分解反應(yīng)器中排出。

環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔工藝流程圖

2 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的模擬和優(yōu)化

在環(huán)己酮生產(chǎn)過(guò)程中，其萃取塔技術(shù)有一定要求，即需要根據(jù)新生產(chǎn)能力，確保塔頂出口萃余液（C）中的氫氧化鈉在含量指標(biāo)上達(dá)到合格水平。關(guān)于萃取塔萃取效果，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響的因素主要有兩個(gè)：一是塔的理論級(jí)數(shù)，二是溶劑比（D/B），在加大理論級(jí)數(shù)的情況下可減少溶劑比。雖然在溶劑的使用上采用水可不對(duì)溶劑回收會(huì)消耗的能量多少進(jìn)行考慮，但如果工藝水過(guò)多，容易導(dǎo)致萃取塔底部排除的含堿萃取液（A）在含量上過(guò)低，從而會(huì)對(duì)下一步反應(yīng)器的氫氧化鈉含量產(chǎn)生影響。因此，在環(huán)己酮的工業(yè)性生產(chǎn)中，對(duì)于作為溶劑的工藝水，在用量上要求不能過(guò)高。所以，在基于計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的優(yōu)化進(jìn)行模擬時(shí)，必須考慮到對(duì)塔的理論級(jí)數(shù)和溶劑比進(jìn)行合適的調(diào)整，保證其萃取效果能夠滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)要求。

在基于計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，首先需要利用ASPEN PLUS 模擬軟件對(duì)原萃取塔理論級(jí)數(shù)與萃取塔塔頂出口有機(jī)相物料（C）參數(shù)的變化關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算出的結(jié)果同生產(chǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。然后，需考慮在不加大工藝水用量?jī)H對(duì)理論級(jí)數(shù)作出改變的條件下，對(duì)萃取塔能不能適應(yīng)新生產(chǎn)能力的情況進(jìn)行計(jì)算。如果僅通過(guò)對(duì)理論級(jí)數(shù)的改變，就能夠使改進(jìn)后的萃取塔萃取效果達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)要求，就可以根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)合適的理論級(jí)數(shù)加以確定。如果僅通過(guò)對(duì)理論級(jí)數(shù)的改變不能保證萃取效果滿(mǎn)足要求，就需要轉(zhuǎn)換思想，在固定理論級(jí)數(shù)的前提下，對(duì)所需要的合適的工藝水用量進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)新生產(chǎn)能力下所需的工藝水用量與理論級(jí)數(shù)加以確定。以該環(huán)節(jié)為例來(lái)說(shuō)，當(dāng)工藝水D體積流量一直處于3.7 m3/h時(shí)，采用ASPEN PLUS 模擬軟件計(jì)算可知，在一定生產(chǎn)能力下，隨著理論級(jí)數(shù)的增大，塔頂出口產(chǎn)物C中的堿質(zhì)量濃度會(huì)逐漸變小，表明萃取效果越好，但當(dāng)級(jí)數(shù)超過(guò)10的情況下級(jí)數(shù)變化對(duì)C中氫氧化鈉的質(zhì)量流量的影響就 不再顯著，該結(jié)果表明，如工藝水體積流量一直保持在37 m3/h，必須不斷增加理論級(jí)數(shù)，才能使萃取要求得到滿(mǎn)足，而在環(huán)己酮環(huán)的實(shí)際生產(chǎn)中這是不可行的，必須對(duì)工藝水用量進(jìn)行加大?？衫媚M軟件對(duì)級(jí)數(shù)為8、10、12時(shí)工藝水體積流量進(jìn)行計(jì)算，綜合權(quán)衡經(jīng)濟(jì)，即可發(fā)現(xiàn)在理論級(jí)數(shù)為8和在工藝水體積流量為5 m3/h情況下是一種可行的操作參數(shù)。最后，基于確定的工藝參數(shù)，對(duì)改造方案進(jìn)行制定，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)λ囊悍核俣扰c塔的負(fù)荷量進(jìn)行核算，就方案的可行性作出分析。

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)中的模擬軟件，對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的改造進(jìn)行模擬，可使環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的優(yōu)化更加科學(xué)合理。因此，在環(huán)己酮生產(chǎn)萃取塔的改造過(guò)程中，可對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)合理應(yīng)用，為環(huán)己酮生產(chǎn)改造提供更多可行方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勝軍.我國(guó)環(huán)己酮市場(chǎng)分析[J].化學(xué)工業(yè)，2014，32（8）：25-28.

[2]卜偉，黃曉賓，王琦.對(duì)環(huán)己酮生產(chǎn)技術(shù)與其工藝路線(xiàn)的探究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（7）：30.