数学模型法在化工中的应用.doc

数学模型法在弛放气回收课题中的应用1 前沿：大庆石化公司研究院开发的丁辛醇装置弛放气回收课题, 过程研究完成小型模拟试验, 工程研究完成了概念设计。为了尽快得到基础设计, 以便提前开展工程设计, 加快课题的工业化进程, 没有采用通用的开发方法进行中间试验来获取工程设计需要的条件,而是采用数学模型法, 通过理论分析, 确定了弛放气回收项目开发放大研究需要解决的关键问题和解决办法。利用化工流程模拟软件进行了模拟计算, 确定了相平衡常数,吸收塔理论板数,并优化了小型试验流程2 理论分析及模拟验证: 开发放大研究是基于小试或模试基础上, 由于小试受到实验规模、试验条件和实验手段的限制, 有时得不到准确的组成数据和气液传递等数据。从弛放气回收工艺特点分析, 主要是准确的确定吸收剂用量。吸收剂用量确定后, 出塔的物流组成也就确定, 吸收剂用量是受最小吸收剂用量和塔板数的制约, 因此, 如何确定最小吸收剂用量和理论塔板数是进行开发放大研究需要解决的关键问题之一。另外, 由于开发放大研究没有经过中试研究过程, 其小试工艺是否合理也是开发放大研究需要解决的关键问题。 相平衡常数对最小吸收剂用t 的影响吸收单元操作中, 根据对产品的要求(这里指C 3收率), 对塔进行物料衡算后, 可以得出最小吸收剂用量为:在压力一定的条件下, 影响相平衡常数大小的是吸收系统的温度。在丁醛做吸收剂吸收弛放气C 3系统中, 伴有热量放出l , 塔的温度从上至下逐渐升高, 至塔底附近达到最高值。可以断定, 此过程为非等温吸收过程, 在非等温吸收过程中, 相平衡常数是变量, 相平衡曲线的斜率不是定值。由于小试研究没有提供吸收温度范围内的相平衡常数, 因此, 只能通过理论分析, 确定出几种可能的相平衡曲线形状。丁醛是拨基合成装置中合成丁辛醇的中间产品, 其工业组成数据比较准确。采用PR o /I I 模拟软件对其模拟, 模拟结果与工业装置组成数据进行比较, 从而可以确定适合于丁醛、C3 物系的热力学模型。通过此模型可以计算出相平衡常数, 装置组成数据与模拟计算结果见表l：从表1 中可以看出, 采用模拟计算得出的吸收液组成与工业装置组成接近, 证明模拟采用的热力学数据适合丁醛、C 3 物系特点, 也证明了模拟计算得出的相平衡常数是比较准确的。在吸收温度范围内,其相平衡常数见表2利用表2 的相平衡常数, 根据(l)式可计算出最小吸收剂用量Lmin=47.23koml/h外, 模拟计算优化出的吸收剂用量: L=70.47kmol/h,L/Lmin =1.49, 此值也证明了吸收剂用量的合理性。3 吸收塔理论板数对吸收剂用量的影响吸收塔理论板数与吸收剂用量有关, 它们之间的关系为:从式(2) 可知, 吸收剂用量大, 需要的板数少, 同时, 造成的负面影响是塔径相应增大, 吸收塔、解析塔操作费用增加, 二者之间有最佳值。根据经验, 一般N l 0。l2 因此, 应研究一定板数范围内的板数和吸收剂用量之间的关系。利用PR O / 为计算工具, 采用上述得出的正确数学模型, 做不同板数条件下, 所需吸收剂用量的试验, 其结果见表3。板数增加, 吸收剂用量减少, 板数增加至一定值后, 吸收剂用量变化很小。应做吸收剂用量, 设备投资和操作费用的经济评估, 以确定适宜的理论板数,从试验数据初步分析, 板数在6 一8 块之间比较合适。工艺路线的选择, 是在小试试验前进行。因此开发放大研究应基于小试工艺流程基础上, 对吸收, 解析工艺进行优化, 使之在技术上、经济上更加合理,以增强工艺竞争性。4 结论(l) 应用PR O/I I 软件对弛放气工艺中的吸收塔进行了模拟计算, 确定了吸收温度范围内的相平衡常数, 最小吸收剂用量为47.23 k m 0 F h。(2) 用开发放大方法模拟优化了小试工艺流程, 推荐解析塔的操作压力1.8MPa , 塔顶温度为35 ,釜