灵敏度分析文档

上石化年产8万吨MMA项目环境评价2018 “东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛指导老师：雷杨团队成员：姜佳文、钱诗卉、关鹏程、邓一、王暖宁 武汉科技大学挑战者队上石化年产8万吨MMA项目灵敏度分析目录塔优化11.反应精馏塔T101优化11.1塔板数21.3回流比42.萃取精馏塔T102优化52.1塔板数52.2进料板位置63.吸收塔T301优化73.1液相流率73.2液气比84.萃取精馏塔T402优化84.1塔板数84.3回流比104.4萃取剂用量10塔优化在建立全流程分析过程中，采用Aspen Plus 中的Sensitivity analysis 模块对流程中的一些塔设备进行了参数优化和敏感性分析，这些参数包括各个精馏塔的塔板数、回流比、进料板位置，吸收塔的液气比以及萃取精馏塔萃取剂的用量等相关参数。下面将对工艺模拟过程中的涉及的一些典型设备操作参数优化设计，以T0101反应精馏塔、T0102萃取精馏塔、T0301吸收塔、 T0402萃取精馏塔为例，分别进行详细说明。1.反应精馏塔T0101优化本工艺初始反应精馏塔操作参数条件为：操作压力为7bar,理论板数为70，规定摩尔回流比为20，塔顶馏出率为7100Kg/hr的情况下，考察了塔板数、进料板位置、回流比对塔顶产品异丁烯纯度、冷凝器负荷、再沸器负荷进行了参数敏感性分析 。规定塔顶产品异丁烯纯度需达到92.00%。1.1塔板数图1 塔板数灵敏度分析图随着塔板数增加，塔顶产出物异丁烯的质量分数逐渐增大，同时冷凝器、再沸器负荷也不断增大，为达到更高的分离精度，所选取的塔板数为70。1.2进料板位置图2 C4抽余馏分的进料板位置的灵敏度分析图随着C4抽余馏分的进料板位置增加，塔顶产出物异丁烯的质量分数先增大后减小，冷凝器、再沸器负荷也不断增大，且增大趋势逐渐增大。在第41块塔板上进料时，异丁烯的质量分数达到最大，为达到所需求的分离精度，所选取的C4抽余馏分的进料板位置为第41块板。图3 H2的进料板位置灵敏度分析图随着H2的进料板位置增加，塔顶产出物异丁烯的质量分数在第20块板到第43块板之间不段增加，从第44块板开始保持不变或略微增大。冷凝器、再沸器负荷在第20块板到第43块板之间也不断减小，从第44块板后基本保持不变。因此，H2选择从塔釜进料。1.3回流比图4 回流比灵敏度分析图随着摩尔回流比增大，塔顶产出物异丁烯的质量分数先增大后基本保持不变，冷凝器、再沸器负荷不断增大。在摩尔回流比为20时，异丁烯的质量分数增大趋势逐渐减弱，在保证分离精度的前提下，为尽量降低冷凝器、再沸器负荷，所选取的摩尔回流比为20。优化操作参数结果如表1所示。表1 反应精馏塔T0101优化操作参数结果反应精馏塔T0101操作参数压力（bar）7理论塔板数数70摩尔回流比20塔顶馏出率（Kg/hr）7100进料板位置C4抽余第41块H2第70块2.萃取精馏塔T0102优化本工艺初始萃取精馏塔操作参数条件为：操作压力为7bar，理论板数为70，规定摩尔回流比为35，萃取剂用量为455.131Kg/hr，塔顶馏出率为1000Kg/hr的情况下，考察了塔板数、进料板位置对异丁烯吸收率、冷凝器负荷、再沸器负荷进行了参数敏感性分析。2.1塔板数图5 塔板数灵敏度分析图随着塔板数增加，萃取剂用量对异丁烯萃取率影响较小，而对冷凝器、再沸器负荷影响较大，冷凝器、再沸器负荷先减小后保持不变，为使总费用降低，所选塔板数为58。2.2进料板位图6 物流8的进料板位置的灵敏度分析图随着入塔板数增加，塔顶异丁烯的质量流率，冷凝器、再沸器负荷在第2块塔板达到最大值且几乎保持不变。因此，所选取的进料板位置为第2块板。图7 物流2的进料板位置灵敏度分析图随着入塔板数增加，塔顶异丁烯的质量流率在第1块板到第8块板之间不段增加，之后开始保持不变或略微增大。冷凝器、再沸器负荷在第3块板达到最大值，从第5块板后基本保持不变。因此，为达到良好的分离效果，物流2选择从第1块板进料。优化操作参数结果如表2所示。表2 萃取精馏塔T0102优化操作参数结果萃取精馏塔T0102操作参数压力（bar）7理论塔板数数58摩尔回流比35塔顶馏出率（Kg/hr）1000萃取剂用量（Kg/hr）455.131进料板位置物流2第2块物流2第1块3.吸收塔T0301优化本工艺初始萃取精馏塔操作参数条件为：操作压力为5bar,理论板数为40，塔顶馏出率为44786.852Kg/hr的情况下，考察了吸收剂的液相流率对进料气相中的MAL的吸收程度、冷凝器负荷进行了参数敏感性分析 。3.1液相流率图8 吸收剂液相流率灵敏度分析图随着吸收剂液相流率增大，塔顶未被吸收的MAL质量流率逐渐减小，冷凝器负荷不断增大。在吸收剂液相流率为67200Kg/hr时，冷凝器负荷变化曲线存在拐点，在保证分离精度的前提下，为尽量降低冷凝器负荷，所选取的吸收剂液相流率为67200Kg/hr。3.2液气比由于液气比为液相流率与气相流率之比，由于气相流率为定值，则液气比对进料气相中的MAL的吸收程度的影响与液相流率相同。所选取的液气比为1.15。优化操作参数结果如表3所示。表3 吸收塔T0301优化操作参数结果吸收塔T0301优化操作参数压力（bar）5理论塔板数数40塔顶馏出率（Kg/hr）44786.852吸收剂液相流率（Kg/hr）67200液气比1.154.萃取精馏塔T402优化本工艺初始萃取精馏塔操作参数条件为：操作压力为0.7bar，理论板数为40，规定摩尔回流比为20，塔顶馏出率为10572Kg/hr，萃取剂用量为30000 Kg/hr的情况下，考察了塔板数、进料板位置、回流比、萃取剂用量对塔底产品MMA纯度、冷凝器负荷、再沸器负荷进行了参数敏感性分析。要求MMA纯度（质量分数）为99.90%4.1塔板数图10 塔板数灵敏度分析图随着塔板数增加，塔底产品MMA质量分数都满足在99.90%以上，在第12块板达到最高，之后随塔板数增加MMA质量分数以微弱的趋势减小，同时冷凝器、再沸器负荷也不断增大，增大幅度较小。为保持高的产品纯度，降低冷凝器、再沸器负荷，所选取的理论塔板数为12。4.2进料位置 图11 物流27的进料板位置的灵敏度分析图随着进料板位置增加，塔底产出物MMA的质量分数逐渐减小，冷凝器、再沸器负荷也减小，但减小程度较小。为达到所需求的分离精度 ，所选取物流27的进料板位置为第2块板。图12 物流30的进料板位置灵敏度分析图随着入塔板数增加，塔底产出物MMA的质量分数先不断增加后保持不变。冷凝器、再沸器负荷从第2块板后基本保持不变。在物流30的进料板位置为第7块板时，MMA的质量分数变化曲线存在拐点，因此选择物流27的进料板位置为第7块板。4.3回流比图13 回流比灵敏度分析图随着摩尔回流比增大，塔底产出物MMA的质量分数先增大后基本保持不变，冷凝器、再沸器负荷增大。在摩尔回流比为20时，MMA的质量分数满足纯度要求，且增大趋势逐渐减弱，在保证分离精度的前提下，为降低冷凝器、再沸器负荷，所选取的摩尔回流比为20。4.4萃取剂用量图14 萃取剂用量灵敏度分析图随着萃取剂用量增大，塔底产出物MMA的质量分数，冷凝器、再沸器负荷增大。在萃取剂用量为20000Kg/hr时，MMA的质量分数达到99.80%，为尽量降低冷凝器、再沸器负荷，所选