塔设备工艺优化

工艺流程优化在确定了工艺之后，我们利用Aspen Plus进行了全流程的模拟优化，模拟包括醋酸合成、醋酸乙烯酯合成工段以及醋酸乙烯酯精制工段。模拟最终达到了如下目的：（1） 在模拟过程中，最终确定了各关键工艺参数，对系统进行了初步调优；（2） 结合模拟过程，对本项目工艺参数的可行性进行了验证；（3） 以模拟数据为基础，进一步完成各单元设备物料与能量衡算，为设备设计提供了可能。在全流程模拟中，我们采用了一下方法使模拟更为高效、准确：（1） 在循环收敛过程中引入撕裂流股，人为给定一个初始值，最终迭代至撕裂流股两侧流股接近再拼接起来；（2） 运用灵敏度分析工具分析各变量对结果的影响，以找到最优操作点；（3） 采用“分块模拟，由小及大”的方法，分块构建模拟模型，最终拼接成全流程模拟模型。（4） 模拟的最终目的是为了优化流程，以达到某方面的效益最佳，如经济效益最好，节能效果最佳等。T0101脱水塔塔设备参数优化DSTWU简捷计算参数设置为回收轻组分水为0.99，回收重组分醋酸为0.0001，回流比为最小回流比的1.2倍，进行简捷计算，冷凝器压力为5bar，再沸器压力为5.5bar。得到回流比与塔板数的关系曲线：（5） 图4-46 回流比与塔板数关系在实际工业生产过程中，塔板数的增多意味着投资费用增加，而回流比增加意味着操作费用增加。最终选择塔板数为37块（包括冷凝器和再沸器），在该点理论塔板数对回流比影响已进入平缓区，在继续增加塔板数并不能继续减小精馏塔的操作费用，因此确定其为最终理论板数。输入简捷计算中，得到计算结果：（6） 表4-28 简捷计算结果计算结果Minimum reflux ratio:30.3687734Actual reflux ratio:36.4425281Minimum number of stages:19.8607325Number of actual stages:36.6019437Feed stage:24.2721732Number of actual stages above feed:23.2721732Reboiler heating required:13558718.2wattCondenser cooling required:13121423.2wattDistillate temperature:391.566463KBottom temperature:456.490663KDistillate to feed fraction:0.0799927061（7）确定进料板位置选用RadFrac模块进行详细计算，选择强非理想溶液（Strongly non-ideal liquid）的相平衡模型NRTL-RK表达物系的非理想性。输入简捷计算的结果。利用软件中的灵敏度分析功能，以进料板位置为自变量，分离效果为因变量做分析，得到下图:图4-47 进料板位置优化由图可知，此次优化结果变化不大，在进料板为25时，分离效果已达到最佳，此时醋酸的浓度达到最高点，故采取DSTWU计算结果。故选择进料板位置为第25块板。确定回流比再次利用软件中的灵敏度分析功能，以回流比为自变量，分离效果为因变量做分析，得到下图：图4-48 回流比分析可知随着回流比增大，精馏塔分离效果变好，但相应的设备操作费用增加，故选用小一点使得回流比的变化影响较小。由图可知，当回流比为4之后，分离效果达到要求且变化不大，故采用回流比为2.5。添加设计规定在设计规定中将醋酸的质量分率和回收率分别定为0.9999和0.999，变量为回流比及D/F，进行软件计算。精馏塔结果选用RadFrac模块进行详细计算，输入简捷计算的结果。表4-29 T0101精馏塔优化后分离结果S0005S0007S0006Temperature C103.5444117.571263.19794Pressure bar8.511Vapor Frac0.0077486801Mole Flow kmol/hr432.2344406.557825.67658Mass Flow kg/hr25212.8224409.14803.6782Volume Flow cum/hr38.6459325.80343711.2279Enthalpy Gcal/hr-45.08026-43.66902-1.15048Mole Flow kg/hrCH3COOH24431.1324406.724.43113WATER24.345012.44085821.90416CH3COOCH14.872993.15413E-0614.87299CH4O590.76915.24416E-05590.7691CO151.70094.4037E-39151.7009由表可知，原流股中的醋酸和甲醇水被分离，达到了良好的分离效果，醋酸回收率高。T0307脱乙醛塔塔设备参数优化DSTWU简捷计算参数设置为回收轻组分醋酸甲酯为0.9999，回收重组分醋酸乙烯酯为0.001，回流比为最小回流比的1.2倍，进行简捷计算，冷凝器压力为1.2bar，再沸器压力为1.4bar。得到回流比与塔板数的关系曲线：图4-46 回流比与塔板数关系在实际工业生产过程中，塔板数的增多意味着投资费用增加，而回流比增加意味着操作费用增加。最终选择塔板数为47块（包括冷凝器和再沸器），在该点理论塔板数对回流比影响已进入平缓区，在继续增加塔板数并不能继续减小精馏塔的操作费用，因此确定其为最终理论板数。输入简捷计算中，得到计算结果：表4-28 简捷计算结果计算结果Minimum reflux ratio:7.26641883Actual reflux ratio:8.71970259Minimum number of stages:29.3203457Number of actual stages:54.4250896Feed stage:23.6439813Number of actual stages above feed:22.6439813Reboiler heating required:541258.648wattCondenser cooling required:400644.945wattDistillate temperature:208.867823KBottom temperature:355.841845KDistillate to feed fraction:0.08425823314.6.2.2确定进料板位置选用RadFrac模块进行详细计算，输入简捷计算的结果。利用软件中的灵敏度分析功能，以进料板位置为自变量，质量流率为因变量做分析，得到下图:图4-47 进料板与塔底VAC纯度关系由图可知，此次优化结果变化不大，故采取DSTWU计算结果。故选择进料板位置为第25块板。4.6.2.3确定回流比再次利用软件中的灵敏度分析功能，以回流比为自变量，分离效果为因变量做分析，得到下图：图4-48 回流比分析可知随着回流比增大，精馏塔分离效果变好，但相应的设备操作费用增加，故选用小一点使得回流比的变化影响较小。由图可知，当回流比为25之后，分离效果达到要求且变化不大，故采用回流比为25。4.6.2.4添加设计规定本精馏塔的目的是将醋酸乙烯酯进行精制后回收利用，因此要保证醋酸乙烯酯的回收率。在设计规定中将醋酸甲酯的回收率定为0.9999，变量为塔顶馏出比，进行软件计算，得到最终的塔顶馏出比D:F为0.093。继续添加设计规定，规定中将VAC的回收率定为0.01，变量为回流比，进行软件计算，得到最终的回流比为25.97。精馏塔结果选用RadFrac模块进行详细计算，输入简捷计算的结果。表4-29 T0101精馏塔优化后分离结果S0314S0315S0316S0316VTemperature C20.0582615.7653782.6918515.76537Pressure bar21.21.41.2Vapor Frac0001Mole Flow kmol/hr59.811543.99600954.261521.554003Mass Flow kg/hr4970.011241.26134671.41557.33497Volume Flow cum/hr5.3764830.27334515.5100230.65799Enthalpy Gcal/hr-4.8656-0.2942-4.411435-0.0238931 Mole Flow kg/hrVINYL-014719.26147.192624670.6011.466984CH3COOH0.000348021.8259E-220.000348026.8104E-25C2H428.710323.1150171.4452E-4325.5953O20.001274122.89034E-053.3877E-800.00124521CO22.6105950.24863311.7755E-472.361962CH3CHO97.3280776.515549.0992E-1720.81253WATER0.91990590.87907464.98