模擬移動吸附床說明書

模擬移動吸附床說明書1、二甲苯分離概述混合二甲苯一般用作溶劑及汽油摻合組分，它的異構(gòu)體則是重要的化工原料。對二甲苯（PX）、鄰二甲苯（OX）和間二甲苯（MX）分別是合成聚酯樹脂、苯酐和間苯二甲酸的主要原料。隨著聚酯工業(yè)的發(fā)展，PX的生產(chǎn)將迅速增長，預(yù)計年增長率在5.6%左右。在生產(chǎn)中需將PX與異構(gòu)體進(jìn)行分離，其他異構(gòu)體通過異構(gòu)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為對、鄰、間二甲苯平衡混合物，從而增產(chǎn)PX。從混合二甲苯中分離PX的方法主要有深冷結(jié)晶法、絡(luò)合分離法和吸附分離法。目前，全世界廣泛采用的是美國環(huán)球油品公司(UOP)的模擬移動床吸附分離技術(shù)。2、模擬移動床吸附分離為了吸取固定床工藝和移動床工藝各自的優(yōu)點(diǎn)，避免它們各自的缺點(diǎn)，開發(fā)了模擬移動床吸附分離工藝。其主要構(gòu)思：吸附劑床層在塔內(nèi)固定不動，吸附劑不斷交替的進(jìn)入吸附段和解吸段，即是定期同時移動物料進(jìn)出口的位置。其操作如圖1所示：圖1模擬移動吸附床吸附分離裝置示意圖上圖為UOP公司開發(fā)的Parex模擬移動床吸附分離PX的工業(yè)裝置示意圖，吸附塔一般由24個塔節(jié)組成，通常為了降低塔的高度，把吸附塔分成兩個，每個塔12個塔節(jié)。用循環(huán)泵使塔內(nèi)物料自下而上流動而形成吸附床層自上而下的相對移動的效果。每個塔節(jié)都有管線與一個特殊的24通道旋轉(zhuǎn)閥相聯(lián)，這一閥門還聯(lián)接著進(jìn)料F管線（F包括吸出組分A+吸余組分B）、解吸劑D進(jìn)入管線、吸出液E（A+D）及吸余液R（B+D）流出管線。吸出液E和吸余液R分別進(jìn)入精餾塔進(jìn)行解吸劑的回收，將脫出的解吸劑D通過旋轉(zhuǎn)閥送回吸收塔。3、吸附塔模擬及分析3.1吸附塔模擬由于模擬移動吸附床的進(jìn)出料位置時刻移動，無法采用Aspenplus進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，本項目采用AspenChromatograhy對該過程進(jìn)行動態(tài)模擬。其模擬圖如圖2所示：圖224段吸附床模擬圖其中混合二甲苯物料最初從第16床層進(jìn)入吸附塔，解吸劑PDEB從第1床層進(jìn)入，吸出液E從第7床層引出，吸余液從第22床層引出。吸附段床層為7個，解吸劑床層為6個，一精段床層為8個，二精段床層為3個。本項目中床層管線切換一次時間間隔為1.15min。3.2吸附模擬參數(shù)設(shè)定（模型假設(shè)）我們主要從5個方面對模擬移動吸附床的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，PDEDiscretizationMethod、MaterialBalance、KineticModel、Isotherm、EnergyBalance。①PDEDiscretizationMethod（數(shù)值離散計算方法）本項目沿空間方向離散化后的常微分方程組運(yùn)用MATLAB的OCFE4求解器進(jìn)行求解，其具體設(shè)定如下圖3所示：圖3數(shù)值離散計算設(shè)定②MaterialBalance對于物料平衡假設(shè)，我們選擇的是基于Peclet準(zhǔn)數(shù)的對流擴(kuò)散模型。Peclet準(zhǔn)數(shù)是一個無量綱數(shù)值，用來表示對流與擴(kuò)散的相對比例。隨著Pe數(shù)的增大，輸運(yùn)量中擴(kuò)散輸運(yùn)的比例減少，對流輸運(yùn)的比例增大。經(jīng)過文獻(xiàn)查詢得到混合二甲苯的Pe準(zhǔn)數(shù)，其值為2000n/a。③KineticModel（動力學(xué)模型）我們選擇LinearLumpedResistance作為本項目中模擬移動吸附床的動力學(xué)模型，即是用線性推動力方程描述孔內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)。經(jīng)過文獻(xiàn)查詢可得到各物質(zhì)的質(zhì)量傳遞系數(shù)ki，其值為0.031cm/min。④Isotherm（等溫模型）我們選擇ExtendedLangmuir（擴(kuò)展的朗繆爾等溫吸附）作為本項目模擬移動吸附床的等溫吸附模型。θ為表面覆蓋率，α為朗繆爾吸附常數(shù)。本項目中為液體吸附，將上述公式進(jìn)行轉(zhuǎn)化：其中為朗繆爾吸附常數(shù)，其公式如下：由上述公式可以看出：隨著吸附結(jié)合能的增加而增加，隨著溫度的減少而增加。由文獻(xiàn)查詢可得到本項目中各物質(zhì)的朗繆爾吸附常數(shù)，其值如下表所示：⑤EnergyBalance經(jīng)文獻(xiàn)查詢可得，本項目模擬移動吸附床的吸附熱很小，可忽略不計，于是可將吸附過程視為等溫吸附。根據(jù)溫度與朗繆爾吸附常數(shù)的關(guān)系可知，溫度越低，其吸附常數(shù)越大，則吸附劑對PX的吸附能力越強(qiáng)。但在吸附過程中需保證液相混合二甲苯原料不汽化，擬定本項目中模擬移動吸附床層壓力為1.2MPa，溫度為180℃。3.3模擬移動吸附床結(jié)果分析經(jīng)過模擬分析可得到如下圖所示的結(jié)果圖4：圖4模擬移動吸附床穩(wěn)定濃度分布結(jié)果由上圖可以看出，橫坐標(biāo)為吸附分離塔床層數(shù)，縱坐標(biāo)為混合二甲苯各組分的濃度。每個床層取12個點(diǎn)進(jìn)行濃度分析，于是共288個點(diǎn)進(jìn)行濃度分析，最終得到上圖的濃度分布圖。其中吸出液E從第7床層引出，吸余液從第22床層引出。從圖中可以看出，吸出液E中的PX的濃度為0.638，符合設(shè)計要求。4、模擬移動床吸附分離設(shè)備及控制為降低吸附塔的高度，本項目將其分成兩個吸附塔，每個塔共12個塔節(jié)，每個吸附塔由格柵分隔為多個吸附床層。格柵的作用是：將來自上一床層的物料重新分布到下一床層，將外部引入的物料與來自上一床層的物料混合均勻，將來自上一床層的物料中的一部分引出吸附塔。格柵允許液體通過并攔截吸附劑顆粒逸出吸附劑床層，其上下表面一般采用金屬絲編織網(wǎng)、金屬燒結(jié)網(wǎng)或翰遜網(wǎng)。從外部引入的物料至某一床層，和從上一床層引出吸附塔的物料都通過一根與該床層格柵相連的管線進(jìn)入和引出吸附床層。其具體結(jié)果圖如下圖5所示：圖5模擬移動吸附床結(jié)構(gòu)圖模擬移動吸附床有24個由格柵隔開的吸附床層，按圖5每個吸附床層設(shè)置六條進(jìn)出料管線，24個吸附床層共有6X24個開關(guān)閥門。解吸劑注入與吸出液采出之間的解吸段有6個吸附床層，吸出液采出與原料注入之間的一精段有8個吸附床層，原料注入與吸余液采出之間的吸附段有7個吸附床層，吸余液采出與解吸劑注入之間的二精段有3個吸附床層。在某一時刻，各股進(jìn)出物料與不同的床層相連的開關(guān)閥中有6個處于開通狀態(tài)，其余處于關(guān)閉狀態(tài)。每間隔特定的時間，即一個步進(jìn)時間，各股進(jìn)出物料的位置均下移一個吸附床層。一個步進(jìn)時間為69s。吸附塔內(nèi)物料循環(huán)構(gòu)成一個首尾相接的閉環(huán)，由循環(huán)泵為物料循環(huán)提供動力，循環(huán)泵的流量按照其所在區(qū)域需要的流量控制，循環(huán)泵的數(shù)量小于等于吸附塔數(shù)目。為將需要沖洗的含有殘留物料的吸附床層進(jìn)出管線的體積減至最小，本項目采用將吸附塔中每個床層的進(jìn)出物料都用一根進(jìn)出料管線與格柵分布到吸附床層的管線相連，進(jìn)出同一床層的各物料均由并列設(shè)置的開關(guān)閥門單獨(dú)控制，各吸附床層設(shè)置的開關(guān)閥應(yīng)盡量靠近吸附塔，從而使連接管線的體積減至更小。其控制如下圖6所示：圖6某一床層進(jìn)出口管線控制為消除輸送物料管線中殘留物料對吸附分離過程的影響，保證分離出高純度的PX產(chǎn)品，需要對已經(jīng)通過原料即將通過抽出液的管線進(jìn)行沖洗，在產(chǎn)出高純度PX產(chǎn)品的同時又避免沖洗對吸附