基于AspenPlus的苯酐生產工藝流程模擬與優化案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31280基于AspenPlus的苯酐生產工藝流程模擬與優化案例 [22]。1.2.3苯酐合成工段流程圖3-1為苯酐合成工段工藝流程模擬圖，該工段中包含空氣鼓風機、換熱器、泵、混合器設備、反應器、預冷凝器、切換冷凝器、水洗塔。圖3-1苯酐合成工段工藝流程模擬圖對于鄰法，將過程所需的空氣過濾并通過C101鼓風機壓縮至0.06MPa。壓縮空氣通過E101熱交換器后，加熱到185℃，然后進入M101混合器的反應設備。將原料氣通入E102預熱器，加熱到145°C，然后與0.6MPa蒸汽一起送至M101混合反應器，溫度上漲到165°C，混合氣進入R101反應器反應，得到粗產品。反應器R101底部是出氣口，被氣體冷卻器E103冷到了145℃。再進入E104冷凝器，冷卻至136°C?；厥沾之a品，將粗制品回收到儲罐中。冷凝器F102出來的廢氣，由洗滌器T101處理排出。收集低循環洗滌液，一部分被送到酸水儲罐中出售。1.2.7苯酐精餾工段圖3-2是精餾工段的工藝流程模擬圖，該工段含有換熱器、反應器、精餾塔。圖3-2苯酐精餾工段工藝流程模擬圖粗制品注入熱處理工藝而成。在使用期結束時，應將粗產品加熱至280℃以保持熱量。粗產品通過R201預處理罐后，送至下一部分進行分離。粗產品運輸到T201進行初步精餾，分離比產品輕的組分。再將中組分送到T201，進行精餾，塔頂輕組分排出，回收塔釜純產品。1.2.8結片包裝將苯酐送入壓片機以固化成片狀，將其稱重，包裝，然后運輸到倉庫進行分配。芯片封裝系統中設置了空氣除塵系統，保持工作環境清潔。1.3全流程模擬通過AspenPlus軟件進行全流程模擬，全流程模擬圖如圖3-6所示：圖3-6鄰二甲苯生產苯酐全流程模擬圖由于本工藝流程中所涉及的設備很多，因此，主要對關鍵設備的模擬進行說明。1.1.1苯酐合成反應工段苯酐合成工段關鍵設備主要包括苯酐合成反應器R101、預冷凝器F101、切換冷凝器F102、洗滌塔T101。1.苯酐合成反應器R101的模擬R101反應器為固定床管式反應器，根據文獻，在設定各反應轉化率和目標產物收率后，采用化學計量反應器對反應器進行模擬。根據實驗數據，確定了Stoic反應器的溫度和壓力。在模擬中，反應器溫度設定為350℃。2.預冷凝器F101的模擬預冷凝器F101的主要作用是：將部分苯酐冷凝成液體，得到冷凝后的粗苯酐，同時產生副產飽和蒸汽，且被冷凝到136~145℃。模擬時，采用Aspen中Flash2中V-DRUM1模型，塔的操作壓力為100bar，溫度為136℃。1.切換冷凝器F102的模擬切換冷凝器F102的作用是：對苯酐反應氣進行凝華或再冷卻，使反應氣中的苯酐被冷凝。模擬時，采用Aspen中Flash2中V-DRUM1模型，塔的操作壓力為1772bar，溫度為180攝氏度。4.洗滌塔T101的模擬洗滌塔T101的作用是：處理冷凝過程中產生的廢氣，處理有機物后，可排放到大氣中。模擬過程中，采用Aspen中RadFrac中ABSBR1的反應器，塔板壓力為100bar。1.1.2苯酐精餾工段該工段包括反應合成器R201、輕組分塔T201、精餾塔T202。1.反應合成器R201的模擬反應合成器R201的作用是，將粗苯酐進行預熱處理，溫度上漲到265℃，以使得雜質被分解，便于在精餾過程中分離。模擬過程中，采用Aspen中Rstoic反應器，塔的操作壓力為1bar，溫度為136℃。2.輕組分分離塔T201的模擬輕組分分離塔T201的作用是：將預處理的粗苯酐由輕組分塔出去輕組分，留下脫輕組分后的粗苯酐，便于最后的精餾。模擬過程中，輕組分塔采用Aspen中RadFrac的FRACT1模塊，塔板的操作壓力為0.9bar，塔板數為8，餾出物流率為8144kg/hr，回流比為0.4。1.精餾塔T202的模擬精餾塔T202的作用是將脫輕組分后的粗苯酐進一步精餾，主要是將純苯酐與輕組分分離，從塔底部得到純苯酐。模擬過程中，精餾塔T202采用Aspen中RadFrac的FRACT1模塊，塔板的操作壓力為0.9bar，塔板數為20，餾出物流率為532kg/hr，回流比為2.2。苯酐輕組分從塔頂采出，塔底采出純苯酐。最終得到質量分數為99.9%的苯酐產品。1.4塔設備的操作參數優化模擬的最終目的是優化操作參數，在整個過程的建模分析中，AspenPlus靈敏度分析模塊用于優化工藝參數并執行關鍵塔設備的靈敏度分析。這些參數包括校正托盤數，反饋比，托盤位置和其他相關參數。通過優化過程設計的設備的運行參數，可以獲得最佳的運行條件。本設計對輕組分分離塔（T201）和精餾塔（T202）的靈敏度進行了分析，并根據分析結果對裝置的操作參數進行了優化。1.4.1輕組分分離塔T201的優化該塔的主要目的是脫除比苯酐輕的組分，優化目標是使輕組分與苯酐的分離效率達到85%以上。在保證分離要求的前提下，應盡可能降低設備成本和運行成本。1.塔板數利用靈敏度分析工具研究塔板數對T201塔順酐質量的影響，以此確定最佳回流比。設置塔板數范圍為6-8，圖3-7為塔板數對T201塔底苯酐質量的影響。圖3-7塔板數比對T201塔底苯酐質量的影響圖3-7可見，當理論塔板數為6-7時，T201塔底物料變化明顯，分離效果不明顯，不宜在6-7塊塔板選取數據，當理論塔板數是為8時，分離效果已經達到最佳，最終選取理論塔板數為8。2.進料板位置利用靈敏度分析工具研究進料塔板位置比對T201塔釜苯酐質量的影響，為此確定最佳回流比。設置進料塔板位置范圍為2-8，圖3-8為進料塔板位置比對T201塔板苯酐質量的影響。圖3-9進料塔板位置對T201塔底苯酐質量的影響由圖3-9可知，當進料位置為第4塊塔板時，物料變化趨于穩定。而進料位置為第7塊塔板后，物料變化不明顯，綜合設計分離目標要求，最終選擇進料位置為第7塊塔板。1.4.2精餾塔T202的優化該塔主要目的是出去比苯酐更輕的組分，優化的目標是使得輕組分與苯酐的分離效率達到百分之99.9%以上，要求保證分離要求的前提下，盡量減少設備費用和操作費用。1.塔板數利用靈敏度分析工具研究塔板數對T202塔底苯酐質量的影響，以此確定最佳回流比。設置塔板數范圍為2-22，圖3-10為塔板數對T202塔底苯酐質量的影響。圖3-10塔板數比對T202塔底苯酐質量的影響由圖3-10可見，當理論塔板數為10-17時，精餾塔內物料變化明顯，分離效果不明顯，不宜在10-17塊理論塔板選取數據，當理論板數為20時，分離效果已經達到最佳，最終選取理論塔板數為20。2.進料板位置利用靈敏度分析工具研究進料塔板位置比對T202塔釜苯酐質量的影響，為此確定最佳回流比。