丙烯腈吸收過程模擬優(yōu)化

1、丙烯腈吸收過程模擬優(yōu)化：Throughout its history ，chemical process simulation software has been widely used in chemical process design，operational evaluation and optimization.As well known by chemical technicans ，the PROII software was used for the simulation of the absorption process of acrylonitrile production

2、plant in the study.Firstly，the operatingparameters of the absorption process were analyzed to determine the optimization variables.After that， theabsorption tower was simulated with PROII software.By comparing the simulation results of different conditions ， the process parameters related to the sbs

3、orption process were analyzed ， such as the comsuption of absorption water and side withdrawing ，and the operating pressure. The optimum values in the corresponding conditions were obtained.s：Acrylonitrile；Absorption ；Simulation ； PROII丙烯腈作為重要的化工原料應(yīng)用前景廣闊。 目前， 雖然丙烷 氨氧化制丙烯腈已有工業(yè)化實(shí)例， 但丙烯腈生產(chǎn)裝置中的絕大多數(shù)仍是采用以

4、丙烯、氨和空氣為原料的丙烯氨氧化生產(chǎn)工藝1-2 。此工藝主要由流化床反應(yīng)器、驟冷中和作用的急冷塔、 水吸收塔、回收塔、精制塔和廢物處理單元組成。生產(chǎn)過程中丙 烯腈損失主要源于急冷、吸收和回收過程中的聚合和跑損 3 。 在設(shè)備和操作參數(shù)合理的情況下吸收過程丙烯腈的損失與其他 工段相比并不是最大的， 但其作用和在流程中的位置決定其重要 性。對(duì)于丙烯腈吸收過程的研究已有一些報(bào)導(dǎo) 4-5 ?；み^程 模擬軟件發(fā)展至今已被廣泛地應(yīng)用于化工過程的設(shè)計(jì)計(jì)算、 操作 評(píng)估和優(yōu)化中， 該文應(yīng)用化工技術(shù)人員熟知的 PROII 軟件對(duì)丙烯 腈的吸收過程進(jìn)行模擬， 分析工藝參數(shù)對(duì)吸收過程的影響并進(jìn)行 優(yōu)化。1 吸收過

5、程分析 丙烯腈生產(chǎn)中吸收過程主要由吸收塔構(gòu)成，流程如圖 1 所 示。急冷后的氣相物料進(jìn)入吸收塔底部， 液相物料經(jīng)冷卻后進(jìn)入 吸收塔中下部； 系統(tǒng)內(nèi)的貧水預(yù)熱塔底釜液后被冷卻后從塔頂進(jìn) 入，吸收氣相物料中的丙烯腈、乙腈等，未被水吸收的氮?dú)?、?氣等從塔頂排出； 吸收塔側(cè)線采出液相先由低溫冷卻劑冷卻后與 原料丙烯和氨換熱后返回吸收塔。 吸收水用量對(duì)吸收效果的影響 是直接的， 并與冷卻費(fèi)用相關(guān)。 吸收塔側(cè)線采出和回流對(duì)于降低 吸收塔內(nèi)溫度進(jìn)而提高吸收效果起著重要的作用， 若塔內(nèi)溫度較 高丙烯腈從塔頂?shù)膿p失會(huì)加大。 側(cè)線的采出要維持塔內(nèi)相應(yīng)采出 位置的液位， 因此其受到工藝操作參數(shù)和塔內(nèi)設(shè)備參數(shù)的共同

6、限 制。對(duì)于吸收塔另一個(gè)重要的量為操作壓力， 操作壓力的增加會(huì) 減少塔頂丙烯腈的損失； 可如果過高會(huì)提高吸收塔溫度， 進(jìn)而吸 收效果會(huì)下降， 雖可以通過側(cè)線和吸收水冷卻器將塔溫降到較低 值，但這是極不經(jīng)濟(jì)的。 下面就具體產(chǎn)量下的生產(chǎn)裝置中的吸收 塔進(jìn)行模擬，從數(shù)據(jù)上進(jìn)一步分析。2 吸收過程模擬對(duì)于年產(chǎn)量為 20 萬噸的丙烯腈生產(chǎn)裝置（年生產(chǎn)時(shí)間為 7200 h）,按照目前多數(shù)同類裝置中的進(jìn)料比例，和吸收、回收、 精制過程丙烯腈損失率（ 3 個(gè)過程總的損失率為 1.5%）計(jì)算，得 到如表 1 所示的吸收塔進(jìn)料表。在 PROII 中定義各組分和進(jìn)料流股， 熱力學(xué)模型選擇基于液 相活度的汽液相NRT

7、L方程，選用無冷凝器和再沸器的 Ddistillation 模塊模擬吸收塔。根據(jù)近似計(jì)算結(jié)果設(shè)置 Ddistillation 模塊中相應(yīng)數(shù)據(jù)為： 理論級(jí)數(shù)選擇 80，板效率定 為 0.6 ，塔頂壓力為 120 kPa ，側(cè)線采出量為 48 847 kg/h ，側(cè) 線回流溫度為4C,側(cè)線采出位置在第 21塊板，急冷后冷凝器 凝液的進(jìn)料位置在 64塊板，求解方法選用 I/O 算法。模擬結(jié)果 滿足丙烯腈吸收塔的工藝要求。 在進(jìn)行對(duì)塔壓和側(cè)線采出量考慮 之前，先對(duì)側(cè)線采出位置和急冷后冷凝器凝液進(jìn)料位置進(jìn)行優(yōu) 化，其他條件不變，目標(biāo)為塔頂丙烯腈的流量最小，優(yōu)化后側(cè)線 采出位置為 25塊板，急冷后冷凝器凝

8、液的進(jìn)料位置為 62 塊板。 在此條件下重新對(duì)吸收塔進(jìn)行模擬。部分模擬結(jié)果如表 2 所示。3 參數(shù)優(yōu)化由表 2 的模擬結(jié)果看， 塔頂采出中丙烯腈的流量很低， 應(yīng)該說吸收效果很好，但從吸收水冷卻器的熱負(fù)荷來看其值是較大的，所以可認(rèn)為此工況下吸收水的量有可以減少的可能。 其他參 數(shù)不變改變吸收水流量， 模擬結(jié)果如圖 2 所示。吸收水的量的下 限值是不能低于側(cè)線采出的量。 從圖中可看出隨著吸收劑量的減 少塔頂丙烯腈量呈增加趨勢(shì)， 同時(shí)吸收水冷卻器的熱負(fù)荷呈減少 趨勢(shì)。而即使吸收水量降到可操作的最低值仍非常滿足吸收塔頂 的要求丙烯腈流量，所以可將吸收水流量降至 467 500 kg/h 。 此例中側(cè)線

9、采出量的值是以最初吸收水量選取的， 限制著吸收水 量的進(jìn)一步減少， 而從圖 2 顯示的結(jié)果來看， 其值應(yīng)該設(shè)定得再 低些也會(huì)滿足吸收要求。在此之前以 467 500 kg/h 為吸收水量， 改變側(cè)線采出量對(duì)過程模擬， 模擬結(jié)果如圖 3 所示。從圖中可知， 當(dāng)側(cè)線采出量降到 360 000 kg/h 左右時(shí)，吸收塔已不能滿足吸 收要求。 隨著側(cè)線采出量的減少， 側(cè)線冷卻器和側(cè)線換熱器的熱 負(fù)荷都有減小的趨勢(shì)， 而側(cè)線換熱器熱負(fù)荷的減少趨勢(shì)更大。 從 圖中側(cè)線冷卻器熱負(fù)荷變化并不是很大來看， 側(cè)線采出的量可以 在維持采出位置液位的前提下向高流量調(diào)節(jié)。 因?yàn)閭?cè)線換熱器用 于原料的預(yù)熱， 冷卻器多消耗

10、冷量的同時(shí)， 換熱器將供給原料的 熱量也更多，而且此時(shí)塔頂丙烯腈量會(huì)更低，吸收效果更好。對(duì) 于此時(shí)側(cè)線采出量最優(yōu)值的確定需關(guān)聯(lián)吸收塔設(shè)備參數(shù)和操作 費(fèi)用后求得， 根據(jù)圖中數(shù)據(jù)認(rèn)為在留有相應(yīng)操作裕量的情況下兼 顧操作費(fèi)用，取側(cè)線采出量為4.1 x 105 kg/h為最佳值。吸收水量和側(cè)線采出量均取上面所得值， 改變吸收塔操作壓 力對(duì)過程進(jìn)行模擬， 模擬結(jié)果如圖 4 所示。 由圖可看出操作壓力 的增加會(huì)減少塔頂丙烯腈的損失， 這與之前的分析是一致的， 操 作壓力最好不要低于 120 kPa ，否則會(huì)使丙烯腈損失明顯加大。 隨著操作壓力的增加側(cè)線采出冷卻器的負(fù)荷不斷升高， 原因在于 壓力的升高使得采出液的溫度也有所升高， 所需冷卻的負(fù)荷自然 會(huì)加大，相應(yīng)的費(fèi)用也要增加。所以操作壓力并