【《脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺模拟分析》3200字】

脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺模拟分析目录TOC\o"1-3"\h\u22328脱硫液化石油气脱丙烷塔工艺模拟分析 161991.1简捷与严格计算模块 1224691.1.1简捷（DSTWU）计算 140141.1.2严格（RadFrac）计算 9188591.2物料衡算与能量衡算 12261701.2.1物料衡算 1386801.2.2能量衡算 141.1简捷与严格计算模块1.1.1简捷（DSTWU）计算ASPEN是化工行业常用到的科学模拟计算软件，在生产前可为实际运行提供理论数据。通常塔设备有蒸馏（精馏）、吸收和萃取单元操作，前两者可以分为汽液平衡的单元操作，但是过程的复杂热量平衡是精馏的特点。ASPEN塔设备Columns模块主要如表1.1所示。表1.1aspencolumns模块名称模块简捷蒸馏DSTWU、Distl、SCFrac严格多级分离RadFrac、MultiFrac、PetroFrac、RateFrac液-液萃取Extract简捷（DSTWU）计算法是由有一股或及以上的进料、带有全凝器或者分凝器、两股产品组成的。模拟开始前需要写入轻、重关键组分的回收率，充分利用模型中的假设恒定摩尔流与恒定相对挥发度。流程图模块如图1.1。图1.1简捷（DSTWU）计算模块在模拟-组分-规定-选择中输入设计原料组分，如表1.2所示。表1.2输入组分组分ID类型组分名称别名ETHAN-01常规ETHANC2H6PROPY-01常规PROPYLENEC3H6-2PROPA-01常规PROPANEC3H8ISOBU-01常规ISOBUTANEC4H10-2N-BUT-01常规N-BUTANEC4H10-1ISOBU-02常规ISOBUTYLENEC4H8-51-BUT-01常规1-BUTENEC4H8-1TRANS-01常规TRANS-2-BUTENEC4H8-3CIS-2-01常规CIS-2-BUTENEC4H8-22-MET-01常规2-METHYL-BUTANEC5H12-2物性方法常常指传递性质与热力学性质在模拟计算中的方法和模型统合，其作为关键步骤决定了模拟的精确性，ASPEN已经提供了广泛的、验证过的物性模型和方法[15]。根据物系的操作温度、压力等体系特点进行经验选取，借助ASPENPLUS的帮助进行选择，常见的体系物系推荐表如1.3。表1.3常见的化工体系物系热力学模型对比选择过程体系推荐热力学化工过程PSRK、NRTL、UNIQUAC气体加工烃分离、脱甲烷塔、脱C3塔、低温空气处理、空气分离PR、SRK乙醇气体脱水、甲醇、N-甲基吡咯烷酮NMP酸性气体脱除PSRK石油化工乙烯、初馏塔、轻烃分离装置VLE,PR,SRK,PSRK;LLE,NRTL,UNIQUAC芳烃抽提、BTX抽提NRTL、UNIQUAC取代烃、氯乙烯（VCM）、丙烯氰装置PR、SRK、Chao-Seader低压的常压塔、减压塔；中压的焦化分馏塔；催化裂化分馏塔；富氢系统PR、SRK、BK10、化验数据分析电解质体系水、氨水、胺、碱、石灰或热碳酸盐进行酸性气体吸收ELECNRTL模型聚合物如聚丙烯等PolymerNRTL模型环境UNIFAC+Henry定律本设计进料碳三组分包括丙烯、丙烷等，碳四组分包括异丁烷、异丁烯等，碳五包括异戊烷，由于可看作符合理想气体和拉乌尔定律，组分属于非极性体系，在方法-规定-全局中输入物性参数方程，本设计选择SRK方程。图1.2物性选择依照设计书所给的流股进料组成和物性参数，进料流量为3000kg/h，压力为1.1MPa，温度为40℃，输入如图1.3所示。图1.3进料流股F输入图脱硫液化石油气的进料组分中，选取轻关键组分为丙烷，重关键组分为异丁烷，原设计只要求塔底碳三小于100ppm，本设计根据多次模拟试验，取异丁烷为重关键组分；原料中的碳三含量为44.53%（wt%，下同），碳四含量为50.79%，初次设计取丙烷轻关键组分回收率0.99后，达不到设计要求，随后调整为0.999，精度太高，最终选择0.997，塔底碳三含量处于合理范围内。未知理论板数，可以跳过这个选项，选择最小回流比1.2倍，确定塔压降为0.04MPa，塔顶冷凝器压力1.04MPa，塔釜再沸器压力为1.08Mpa，脱丙烷塔输入条件如图1.4所示。图1.4塔T101输入条件确认前步骤都已经完成，点击NEXT（下一输入）检查是否有未完成输入，随后运行软件，结果如图1.5所示。图1.5简捷计算（DSTWU）结果从结果，不难看出此次简捷计算模拟的最小回流比为0.683821，实际回流比为0.820585，实际塔板数为44.2078，进料塔板数为19.3694，流出物进料比率0.462879，得出冷凝器、再沸器热负荷等。此外，在模型分析工具-灵敏度-新建一个灵敏度分析，激活后，观察回流比随着理论板数变化的趋势，如图1.6。图1.6灵敏度分析曲线由图可知，当理论板数处理44.0到44.5时，回流比的变化趋势缓慢，总结整个简捷计算模块后，确定脱丙烷塔的实际回流比0.821，进料板位置第19块板，实际塔板数为44块。1.1.2严格（RadFrac）计算ASPEN严格计算（RadFrac）是一种可以模拟多级汽液馏分的严格模型。其不仅可以应用于普通精馏，还可以模拟再沸汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏等。常见的两相、三相体系以及非理想体系也可以模拟。在使用严格模拟模块时，可以探测和处理塔内部任何位置的自由水，可以整理每块板上的固体和从塔顶冷凝器中分析自由水，如果是有反应平衡、一定转化率、速率控制步骤或者含电解质的化学反应塔也可以模拟，在设计计算和核算精馏过程时是十分便捷的方法。通过脱硫液化石油气脱丙烷塔的全流程模拟和上述简捷计算，找出合适的进料位置、回流比、进料馏出物比、塔板数等。如图1.7。图1.7脱丙烷工艺全流程鉴于简捷计算的结果，在塔-T101-规定输入计算类型、塔板数、冷凝器、再沸器、操作规范回流比0.82、馏出物料进料比0.462879、流股具体信息和压力配置，如图1.8。图1.8严格计算主塔输入参数由于简捷计算的模拟数据仍需要一定的调整，因此借助严格计算的设计规范可以充分利用数据拟合调整功能，ASPEN会自动在合适范围内收敛出规整数据。在塔T101-规定-设计规范中新建一个设计规范，选择类型为质量回收率，定义规定目标为0.997，组分选择轻关键组分丙烷，产品流股选择D，F作为进料基本流股。随后在变化内新建一个类型，选择回流比，其上限与下限分别为0.8和2.5，值得注意的是，回流比步长的选择不易过大，设计规范结果如图1.9，通过多次调整后确定回流比为0.88。图1.9规范概要初步运行后，在塔T101-塔内部查看塔部件结果，系统自动将塔段分为两段，分别是精馏段和提馏段，液压图内的塔板视图检查本设计脱丙烷塔降液管负荷和堰负荷，图1.10检查塔板负荷性能图，操作点位于最大雾沫夹带线、漏液线、液相负荷上限、下限。图1.10塔板负荷性能图最后在结果一栏查阅每一块板的水力学数据，详细参见图1.11。图1.11水力学结果综上简捷计算和严格计算，确定脱硫液化石油气的塔板数为44块，进料板为19块，回流比为0.88，馏出物进料比为0.463，流股结果见图1.12，满足设计规定要求。图1.12流股结果表1.2物料衡算与能量衡算化工过程计算中往往需要设计计算和操作计算，每个计算都有独特的处理方式，但是其本质都离不开能量守恒、质量守恒、平衡关系、速率关系。1.2.1物料衡算物料衡算可以帮助弄清生产过程总原料、成品以及损失的物料量。其作为质量守恒定律有以下的表达形式：Σ式子中：ΣGiΣG0Ga——上述式子为总物料的衡算式，当过程中不存在化学反应的时候，它可以应用于物料中任一组分的衡算；若存在化学反应，它则应该用任一元素的衡算。当过程中累积量等于零的时候，可简化为：Σ注意的是，式子描述的过程属于稳态过程，连续操作的稳态过程，特点即是每个设备上各个不同位置，物料的流速、温度、浓度压强等物性参数可互相不同，但是相同的位置参数并不会因为时间的改变而改变。过程一旦有了积累物料，则归类为非稳态过程，常见的有间歇操作。表1.4为ASPEN对脱丙烷塔物料衡算的结果。表1.4脱丙烷塔物料衡算结果项目进出进料塔顶塔釜温度℃4021.378.8压力MPa1.11.041.09摩尔气相分率000摩尔流量kmol/h59.362531.492627.8663质量流量kg/h30001388.641611.36体积流量cum/sec0.001613190.0007746390.000916105焓流量cal/sec-233603-86982.2-139426总质量流量30003000质量流量kg/h乙烷31.416131.41619.15399E-13丙烯787.123787.1040.018993丙烷340.822340.720.10225异丁烷465.10796.049369.058正丁烷224.61814.7124209.905异丁烯297.4348.4682248.962丁烯-1297.4348.2175249.212反-丁烯-2247.13715.2864231.85顺-丁烯-2181.8546.66329177.19异戊烷125.0640.000130659125.0641.2.2能量衡算自然界中统称为能量的有机械能、热能、核能、电磁、化学能等等，其之间可以相互转化。在化工单元操作中针对能量转化的问题即是能量守恒。依据公式如下：ΣQ式子中：ΣQΣQQL——Σ式子中：w——物料的质量，kg或者kg/s；H——物料焓，kJ/kg。表1.5脱丙烷塔热量衡算项目进出进料塔顶塔底温度℃4021.378.8压力MPa1.11.041.09气相分率000摩尔流量kmol/h59.362531.492627.8663质量流量kg/h30001388.641611.36焓流量cal/sec-233603-86982.2-139426总焓cal/sec-233603-233603表1.6塔顶冷凝器热量热量平衡项目进出H01HD1H02HD2温度℃2832.328.331压力MPa0.51.040.481.03气相分率0100摩尔流量kmol/h166.52526.4779166.52526.4779质量流量kg/h30001238.9330001281.93焓流量cal/sec-1.18847E+06-88799.6-1.18817E+06-89097.5总焓cal/sec-88799.6-890