基于計算機技術的環己酮生產萃取塔的模擬和優化

李錢

摘 要： 在環己酮生產過程中，為了對皂化液中殘余的氫氧化鈉進行去除，需對萃取塔加以設置，隨著環己酮生產需求與能力的不斷提升，傳統萃取塔的萃取效果已經難以滿足需求和達標。為了確保萃取塔改造的準確性，本文基于環己酮生產萃取塔工藝流程，對計算機技術中的ASPEN PLUS模擬軟件加以應用，對環己酮生產萃取塔的模擬與優化進行分析。

關鍵詞： 環己酮;萃取塔;工藝;優化;計算機技術

在化工原料領域中，環己酮是其中重要的有機化工原料，近年來我國在環己酮的生產與需求方面增長很快，我國環己酮的生產多屬于對己內酰胺與己二酸的配套生產，其中65%的環己酮被作為原料投入己內酰胺生產中，20%的環己酮被作為原料投入己己二酸生產中，剩下15%被作為相關化工原料。[1]在環己酮生產過程中，為了對皂化液中殘余的氫氧化鈉進行去除，需對萃取塔加以設置，隨著環己酮生產需求與能力的不斷提升，傳統萃取塔的萃取效果已經難以滿足需求和達標。而如果直接在原塔中進行改造，則會給整套裝置的正常生產帶來影響，不僅會導致經濟方面的損失，還有可能導致工藝差錯問題，需要考慮成功率問題。為此，隨著計算機技術的不斷進步，在各種工藝改造技術中，開始對ASPEN PLUS模擬軟件加以應用，根據模擬結果來進行工藝優化，大大提高了改造效率。[2]本文即環己酮生產萃取塔工藝流程，對計算機技術中的ASPEN PLUS模擬軟件加以應用，對環己酮生產萃取塔的模擬與優化進行分析。

1 工藝流程描述

在環己酮生產過程中，其所應用的萃取塔是一種直徑為兩米的填料塔，其工藝流程可見下圖。在混合槽中，除了含有環己烷、環己酮外，還含有環己醇與少量鈉鹽以及氫氧化鈉，這些含堿有機相（B）會被加入萃取塔底部中。進入到萃取塔底部后，這股物料會被分為兩個液體層，對于上升的上部有機層來說，其為萃取過程的連續相，對于來自密封水槽的洗滌水（D）來說，其為萃取過程的分散相。連續相與分散相會在萃取塔中實現逆流接觸，隨著有機液上升的分散水滴，其中所包含的鈉鹽和氫氧化鈉隨之會經過工藝水萃取出。對于頂出口萃余液（C）來說，還含有微量水，因此會被送入干燥塔中，對于萃取塔底部的萃取液（A），則會通過泵向分解反應器中排出。

環己酮生產萃取塔工藝流程圖

2 基于計算機技術的環己酮生產萃取塔的模擬和優化

在環己酮生產過程中，其萃取塔技術有一定要求，即需要根據新生產能力，確保塔頂出口萃余液（C）中的氫氧化鈉在含量指標上達到合格水平。關于萃取塔萃取效果，會對其產生影響的因素主要有兩個：一是塔的理論級數，二是溶劑比（D/B），在加大理論級數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溶劑回收會消耗的能量多少進行考慮，但如果工藝水過多，容易導致萃取塔底部排除的含堿萃取液（A）在含量上過低，從而會對下一步反應器的氫氧化鈉含量產生影響。因此，在環己酮的工業性生產中，對于作為溶劑的工藝水，在用量上要求不能過高。所以，在基于計算機技術對環己酮生產萃取塔的優化進行模擬時，必須考慮到對塔的理論級數和溶劑比進行合適的調整，保證其萃取效果能夠滿足工業化生產要求。

在基于計算機技術對環己酮生產萃取塔進行優化的過程中，首先需要利用ASPEN PLUS 模擬軟件對原萃取塔理論級數與萃取塔塔頂出口有機相物料（C）參數的變化關系進行計算，同時將計算出的結果同生產實測數據進行比較。然后，需考慮在不加大工藝水用量僅對理論級數作出改變的條件下，對萃取塔能不能適應新生產能力的情況進行計算。如果僅通過對理論級數的改變，就能夠使改進后的萃取塔萃取效果達到工業化生產要求，就可以根據模擬計算結果對合適的理論級數加以確定。如果僅通過對理論級數的改變不能保證萃取效果滿足要求，就需要轉換思想，在固定理論級數的前提下，對所需要的合適的工藝水用量進行計算，然后對新生產能力下所需的工藝水用量與理論級數加以確定。以該環節為例來說，當工藝水D體積流量一直處于3.7 m3/h時，采用ASPEN PLUS 模擬軟件計算可知，在一定生產能力下，隨著理論級數的增大，塔頂出口產物C中的堿質量濃度會逐漸變小，表明萃取效果越好，但當級數超過10的情況下級數變化對C中氫氧化鈉的質量流量的影響就 不再顯著，該結果表明，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數，才能使萃取要求得到滿足，而在環己酮環的實際生產中這是不可行的，必須對工藝水用量進行加大。可利用模擬軟件對級數為8、10、12時工藝水體積流量進行計算，綜合權衡經濟，即可發現在理論級數為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。最后，基于確定的工藝參數，對改造方案進行制定，通過計算機程序對塔的液泛速度與塔的負荷量進行核算，就方案的可行性作出分析。

基于計算機技術中的模擬軟件，對環己酮生產萃取塔的改造進行模擬，可使環己酮生產萃取塔的優化更加科學合理。因此，在環己酮生產萃取塔的改造過程中，可對計算機技術合理應用，為環己酮生產改造提供更多可行方案。

參考文獻：

[1]張勝軍.我國環己酮市場分析[J].化學工業，2014，32（8）：25-28.

[2]卜偉，黃曉賓，王琦.對環己酮生產技術與其工藝路線的探究[J].中國石油和化工標準與質量，2014（7）：30.