5-塔参数优化说明

塔设备优化以T0406醋酸减压精制塔为例进行介绍：利用DSTWU对该精馏过程进行简捷设计，利用RadFrac对该精馏过程进行优化，选择NRTL-HOC的相平衡模型表达物系的非理想性。1.1优化目标优化目标：从双效精馏塔得到的醋酸中含有精馏过程累积的水、副反应生产的甲酸等杂质，醋酸循环回蒸发塔前需要精馏除去水，以避免加剧合成过程中副反应的发生，同时，醋酸、甲酸、水存在共沸，因此，控制塔顶水回收率为88.62%。由于原料醋酸的纯度要求较高，因此控制塔底醋酸浓度为99.73%，在保证分离要求的前提下，尽量减小设备费用和操作费用。1.2总板数优化在DSTWU中进行简捷计算，分析在分离条件下的理论塔板数与回流比的关系，参数设置轻组分水回收率为0.886，重组分醋酸的回收率为0.045，并用设计规定控制塔顶水的含量，压力为0.6bar。得到理论塔板数与回流比的关系曲线：图1-1 T0406醋酸减压精制塔理论塔板数与回流比关系图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，而回流比的增加意味着操作费用增加。根据图1-1，最终选择理论塔板数为30块（包括冷凝器与再沸器），在该点塔板数对回流比影响已进入平缓区，再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塔板数。以上优化过程源文件为“1-T0406醋酸减压精制塔-DSTWU-NSTAGE.bkp”。表1-1 简捷计算结果计算结果Minimum reflux ratio:19.6161Actual reflux ratio:20.3307Minimum number of stages:7.8422Number of actual stages:30Feed stage:19.5611Number of actual stages above feed:18.5611Reboiler heating required:2144.62kWCondenser cooling required:2348.74kWDistillate temperature:95.435Bottom temperature:101.594Distillate to feed fraction:0.05671.3满足塔顶流股回收率要求的回流比优化根据DSTWU中模拟结果，得到满足分离要求的理论塔板数及初始回流比，将其输入RadFrac模块进行严格计算。设定理论塔板数为30。由于水的回收率为88.6%，在塔内设计规定中设置塔顶采出液中水的回收率为0.886，通过调节回流比参数使其达到要求。结果得到，当理论塔板数为30时，塔顶采出液中水的回收率为0.886的优化回流比为16.7791。以上优化过程源文件为“2-T0406醋酸减压精制塔-RR-MOLD.bkp”。图1-2 满足塔顶流股回收率要求的回流比优化1.4满足塔底流股纯度要求的采出量优化T0406醋酸减压精制塔的塔釜流股为醋酸溶液，为了将分离得到的塔釜流股能回用作为醋酸乙烯酯合成工段的原料，要求醋酸浓度达到0.997及以上，为此在塔内设置了第二个设计规定，同时设置了塔底流股中醋酸浓度为0.997，通过调节塔顶产品流量使其达到要求。结果得到，塔底产品流股中醋酸浓度大于0.997的优化采出量为14.909。以上优化过程源文件为“2-T0406醋酸减压精制塔-RR-MOLD.bkp”。图1-3 满足塔底流股纯度要求的采出量优化1.5进料板位置优化进料板位置对塔的分离效率有较大的影响，在满足上述两个设计规定的前提下，选择塔板液相浓度与进料浓度最接近的塔板作为进料板其分离效率最高。根据上述优化计算结果的塔板浓度分布（Profiles），选择相近液相浓度的板进料，并重新带入全流程进行运算，并反复调整进料板位置，直到进料板组成与进料组成最为接近（由于此精馏塔塔底采出液醋酸作为循环物流，因此其进料板位置的变化对进塔物流的影响较大）。优化得到的最终进料板为14（包括冷凝器）。以上优化过程源文件为“3-T0406醋酸减压精制塔-FEEDSTAGE.bkp”。图1-4 T0406醋酸减压精制塔浓度分布图1.5综合优化结果T0406醋酸减压精制塔主要用与精制纯化醋酸，塔底采出99.7%的醋酸，送往醋酸乙烯酯合成工段作为原料循环使用。在权衡设备投资费用和操作费用后，在满足分离要求的前提下优化得到塔的理论板数为30块。通过两个设计规定优化得到塔的回流比16.7791，塔顶采出量为14.909kmol/hr。优化后的进料板为第14块板。最终优化结果源文件为“4-T0406醋酸减压精制塔-RESULTS.bkp”。在此优化条件下，塔顶、塔底得到的采出液信息如下表所示，符合分离要求。表1-2 优化后的流股信息表流股号04720476Temperature 95.2101.6Pressure bar0.600.60Vapor Frac00Mole Flow kmol/hr14.909255.536Mass Flow kg/hr785.11215322.506Volume Flow cum/hr0.81415.807Enthalpy Flow Gcal/hr-1.5706-28.8934Mass FracH2O0.0510C2H200CH3COOH0.8780.997CH3CHO00VAC00BUTENAL00CH3COCH300HCOOH0.0710.002N200O200CO200AR00C300Mass FlowH2O40.0410C2H200CH3COOH689.32815276.538CH3CHO00VAC00BUTENAL00CH3COC