Aspen Plus模擬己二酸氨化法制己二腈精餾單元的研究

＊袁成 陳依柯 徐浩成 康家豪 谷峰 王旺霞

（鹽城工學院化學化工學院 江蘇 224051）

引言

己二腈（ADN）是重要的化工原料，常用于尼龍610、尼龍66等材料的生產[1]。尼龍66強度高，電絕緣性能好，是合成纖維的原料，也是工程塑料的主要原料，廣泛應用于新能源汽車、電子電器、機械儀器儀表等工業領域[2]。我國受尼龍需求影響，己二腈市場消費量逐步上升，但由于長期依靠國外進口，難以實現技術突破，而己二腈精餾在己二腈生產中有著極為重要的作用。

目前，制備己二腈的方法主要有4種：丁二烯氰化法、丙烯腈二聚法、己二酸催化氨化法和己內酰胺法[3]。我國己二腈生產以丁二烯氰化法為主，該法雖是先進的產業化方法，流程短，成本低，但反應需在高壓下進行，且原料涉及劇毒氰化氫，一旦泄漏會造成嚴重事故，增大了設計難度和運行成本[4]，而今我國己二酸生產技術較為成熟，已實現大規模生產，為此，本項目選擇己二酸氨化法制備年產五萬噸己二腈。該工藝分為己二酸氨化及脫水、己二腈粗分離、己二腈水洗干燥、己二腈精制四個單元。

本文對己二腈精餾單元進行Aspen Plus模擬，確定雙塔精餾最優參數。

1.己二腈雙塔精餾流程

如圖1所示，己二腈精餾單元由T0401（己二腈脫輕塔）和T0402（己二腈脫重塔）兩塔組成，來自己二腈水洗工段的進料經過T0401除去δ-氰基戊酸胺后進入T0402進行精餾，最終得到純度為99.9%的己二腈產品。

圖1 己二腈雙塔精餾流程圖

(1)加料組成

進料流量為55.73kmol/h，進料中包含己二腈99.46%（mol%，下同），1-亞胺基-2-氰基環戊烷0.3%，δ-氰基戊酸胺0.21%，其他雜質0.5%。進料溫度為200℃，壓力為200kPa。進料經過T0401分離己二腈和氰基戊酸。T0401塔釜的己二腈和1-亞氨基-2氰基環戊烷進入T0402進行精餾，要求塔頂己二腈純度達99.9%。

(2)物性方法的選擇

選用Aspen Plus中活度系數模型NRTL，其適合處理任何極性和非極性組分甚至強非理想混合物[5]，模擬結果如表1。

表1 選用NRTL的模擬運行結果

(3)簡捷計算

Aspen中，DSTWU模塊計算精度雖不夠高，但可以給出最小回流比、最小理論板數等參數，常用于初步設計，結果可為后續嚴格精餾計算提供初值[6-7]。

通過物料衡算得T0401流率為55.7352kmol/h，其中ACV（δ-氰基戊酸胺）是輕關鍵組分，己二腈是重關鍵組分；對T0402，己二腈是輕關鍵組分，1-亞氨基-2氰基環戊烷是重關鍵組分，模擬參數如表2所示，計算結果如表3。

表2 己二腈雙塔精餾簡捷計算模擬設定參數

表3 己二腈精餾簡捷計算與嚴格計算結果比對

(4)嚴格模擬計算

RADFRAC作為嚴格模型，可以很好地模擬氣、液兩相存在強非理想物系和理想物系[8-10]。簡捷計算后，通過RadFrac模塊來檢驗其正確性。比對結果如表3，結果接近，可信。

2.靈敏度分析

(1)加料位置

其他條件一定時，加料位置對精餾塔分離效果通過己二腈含量來分析。關于T0401和T0402，加料位置與己二腈含量關系如圖2。

對于T0401、T0402，加料位置與熱負荷的關系如圖3。

圖3 T0401、T0402加料位置與熱負荷關系

由圖2、圖3可以看出，T0401在己二腈含量最高時，第8塊板熱負荷最小，故其最佳加料位置是第8塊板。T0402在己二腈含量變化不大時，第9塊塔板的總負荷最小，故其最佳加料板位置為第9塊板。

(2)回流比

提高回流比，能增大精餾段和提餾段的液氣比，有助于提高傳質效果，但會以增加能耗為代價[11]。D:F一定時，增大回流比可采取提高塔頂冷凝量和塔底熱負荷[12]。回流比與ADN含量和總負荷的關系，T0401如圖4，T0402如圖5。

圖4 T0401回流比與己二腈含量和熱負荷關系

圖5 T0402回流比與己二腈含量和熱負荷關系

據圖4知，回流比增大，己二腈含量先增大后趨于不變，而總負荷不斷增大，綜合考慮，T0401回流比取21.1。

據圖5知，回流比增大，塔頂己二腈含量在增加到0.41后逐漸穩定，而熱負荷呈上升趨勢，故T0402回流比取0.41。

(3)采出量與進料之比

T0401在板數為15，加料位置為第9塊板時，調整塔頂采出率，得和塔底己二腈含量關系如圖6。T0402在板數16，回流比為0.67，加料位置為第6塊板時，調整塔頂采出率，得和塔頂己二腈含量關系如圖7。

圖6 T0401塔頂采出率與己二腈含量關系圖

圖7 T0402塔頂采出率與己二腈含量關系圖

據圖6，可看出T0401的D:F在達到0.006后，己二腈純度呈下降趨勢，故其D:F取0.006。同理，據圖7，取T0402的D:F為0.92。

3.總結

物性方法選用NRTL，通過簡捷計算、嚴格計算和靈敏度分析，得到了己二腈雙塔精餾的最優參數如下：T0401在塔板數15，第9塊塔板加料時，回流比21.1，塔頂采出率取0.006最優。T0402在板數16，第6塊板加料時，回流比0.41，塔頂采出率取0.92最優。