【導(dǎo)讀】烯丙基氯又名3－氯丙烯，無色易燃液體，有腐蝕性和刺激性臭味。氯作為一種重要的石油化工中間產(chǎn)品，一般不直接作為商品出售。主要用途就是生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷。在工業(yè)上主要有兩種制備方法即丙烯高溫氯化。法和丙烯氧氯化法。目前，世界上烯丙基氯生產(chǎn)能力約為90萬噸／a。AspenPlus是生產(chǎn)裝置設(shè)計、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)。大縮短設(shè)計時間，降低設(shè)計消費。AspenPlus在整個工藝裝置的從研發(fā)、工程。到生產(chǎn)生命周期中，提供了經(jīng)過驗證的巨大的經(jīng)濟效益。本文使用AspenPlus軟件，對烯丙基氯的生產(chǎn)過程進行了概念設(shè)計。烯丙基氯的生產(chǎn)流程，其中包括換熱器，吸收塔，共沸塔。根據(jù)各單元操作的。衡，節(jié)省生產(chǎn)成本。

　　

【正文】 重組分回收率 bar 由于 精餾塔 T101 的目的是，去除混合物中的丙烯，氯化氫，所以輕關(guān)鍵組分是丙烯，重關(guān)鍵組分為 2－氯丙烯。經(jīng)過模擬后得 到的 精餾塔 T101 的主要參數(shù)如表 33 所示。 表 33 精餾塔 T101 的計算值 (簡單算法 )： 回流比 實際塔板數(shù) 進料板 D/F 23 6 根據(jù)簡單計算的結(jié)果，使用嚴(yán)格算法精餾模塊（ Radfrac）進行計算，其設(shè)定值如表 34 所示： 表 34：精餾塔 T101 設(shè)定值（嚴(yán)格算法） 回流比對分離效果的影響 Aspen Plus 提供了靈敏度分析模塊 “Sensitivity”，可以考察生產(chǎn)過程中，所有的操作參數(shù)對各種變量的影響情況。本文使用靈敏度分析工具考察回流比對產(chǎn)品收率的影響。 由于在精餾塔 T－ 101 中，沸點接近的組分為丙烯和氯丙烯，因此使用靈敏度分析工具對其進行計算，結(jié)果如圖 3－ 1 所示。 理論塔板數(shù) 23 回流比 進料位置 6 塔頂壓力 (bar) D/F 塔底壓力 (bar) 第 三 章 烯丙基氯 生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 21 回流比 氯丙烯回收率 氯丙烯的收率R丙烯的收率 回流比 丙烯回收率 圖 3－ 1：回流比對產(chǎn)品回收率的影響 如圖所示，隨著回流比的增加，塔底氯丙烯和塔頂丙烯的收率都在增大，由于回流比增大，使得精餾塔的塔徑和操作能耗增大，因此，選擇能夠滿足生產(chǎn)要求的回流比即可。本設(shè)計選擇回流比為 ，氯丙烯和丙烯的收率都達到％。 進料板位置對分離效果的影響 0 5 10 15 20 250. 50. 60. 70. 80. 91. 00. 98 00. 98 40. 98 80. 99 20. 99 61. 00 0 氯丙烯的收率進料板 進料板 氯丙烯回收率 進料板 丙烯回收率丙烯的收率 圖 3－ 2：進料板位置對產(chǎn)品回收率的影響 本文使用靈敏度分析工具考察回流比對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果如圖 3－ 2 所示。 第 三 章 烯丙基氯生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 22 如圖所示，隨著進料板位置的增加，塔底氯丙烯和塔頂丙烯的收率都是先增大后減小。但進料位置從第 5－ 15 塊，丙烯和氯丙烯的收率都達到 ％。從操作彈性考慮，選擇進料板位置為 8。 塔頂采出率對分離效果的影響 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 00. 00. 20. 40. 60. 81. 00. 00. 20. 40. 60. 81. 0 氯丙烯的收率塔頂采出率 塔頂采出率 氯丙烯回收率 塔頂采出比 丙烯回收率丙烯的收率 圖 3－ 3：塔頂采出率對產(chǎn)品回收率的影響 本文使用靈敏度分析工具考察塔頂采出率對產(chǎn)品收率的影響，結(jié)果如圖 3－ 3 所示。 如圖所示，隨著 塔頂采出率 的增加，塔底氯丙烯收率緩慢減小，在 附近突然減小接近 0，而塔頂丙烯的收率隨著采出率增大而增大。因此，選擇 做為最佳的采出比，此時對應(yīng)的氯丙烯和丙烯收率都達到 ％。 據(jù)此，使用嚴(yán)格算法精餾模塊（ Radfrac）進行計算，使用的最優(yōu)值如表 35所示： 表 35：精餾塔 T101 最優(yōu)值（嚴(yán)格算法） 理論塔板數(shù) 23 回流比 最佳進料位置 8 塔頂壓力 (bar) D/F 塔底壓力 (bar) 第 三 章 烯丙基氯 生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 23 精餾塔 T102 操作條件確定 精餾塔 T－ 101 塔底物流含有 2－氯丙烯，烯丙基氯， 2， 3－二氯丙烯。根據(jù)沸點的大小，應(yīng)將輕組分 2－氯丙烯分離出來。所以， T102 的作用是分離 2氯丙稀，在此目標(biāo)下對該塔進行模擬優(yōu)化，尋找達到該分離要求的最佳操作條件。 根據(jù)分離精度要求，使用 Apsen 中的 DSTWU 模塊進行簡單精餾塔計算，可以得到塔板數(shù)，塔內(nèi)溫度和壓力分布，回流比，塔頂和塔底產(chǎn)品流率，塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負(fù)荷。 根據(jù)工藝要求和 塔的選擇，首先使用的簡捷算法，計算 精榴塔 T102，設(shè)定參數(shù)如表 36 所示： 表 36 氯丙烯塔 T102 的設(shè)定值 (簡單算法 )： 回流比 壓強 輕組分轉(zhuǎn)化率 重組分回收率 由于 精榴塔 T102 的目的是分離混合物中的 2氯丙稀，所以輕關(guān)鍵組分是2氯丙稀，重關(guān)鍵組分為烯丙基氯的混合物。 經(jīng)過模擬后得到的 精榴塔 T102 的主要參數(shù)如表 37 所示。 表 37 精榴塔 T102 的計算值 (簡單算法 )： 回流比 實際塔板數(shù) 進料板 D/F 64 36 根據(jù)簡單計算的結(jié)果，同時需要考慮精榴塔 T102 對 2氯丙稀分離的純度和收率，使用嚴(yán)格算法精餾塔進行計算，其設(shè)定值如表 38 所示： 表 38：精榴塔 T102 設(shè)定值（嚴(yán)格算法） 理論塔板數(shù) 64 回流比 最佳進料位置 36 塔頂壓力 (bar) D/F 塔底壓力 (bar) 第 三 章 烯丙基氯生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 24 精餾塔 T103 操作條件確定 精餾塔 T－ 102 塔底物流含有烯丙基氯， 2， 3－二氯丙烯。使用精餾塔 T103將其分離所以，精餾塔 T－ 103 的作用精餾生成烯丙基氯，在此目 標(biāo)下對該塔進行模擬優(yōu)化，尋找達到該分離要求的最佳操作條件。 精榴塔 T103 的初步設(shè)定 根據(jù)工藝要求和塔的選擇，首先使用的簡捷算法，計算精餾塔 T103，設(shè)定參數(shù)如表 39 所示： 表 39 精餾塔 T103 的設(shè)定值 (簡單算法 )： 回流比 壓強 輕組分轉(zhuǎn)化率 重組分回收率 由于精餾塔 T103 的目的是提純混合物中的烯丙基氯，所以輕關(guān)鍵組分是烯丙基氯。 經(jīng)過模擬后得到的精餾塔 T103 的主要參數(shù)如表 310 所示。 表 310 精餾塔 T103 的的 計算值 (簡單算法 )： 回流比 實際塔板數(shù) 進料板 D/F 26 13 根據(jù)簡單計算的結(jié)果，同時需要考慮精餾塔 T103 對烯丙基氯分離的純度和收率，使用嚴(yán)格算法精餾塔進行計算，其設(shè)定值如表 311 所示： 表 311： 精餾塔 T103 設(shè)定值（嚴(yán)格算法） 理論塔板數(shù) 26 回流比 進料位置 13 塔頂壓力 (bar) D/F 塔底壓力 (bar) 第 三 章 烯丙基氯 生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 25 回流比對烯丙基氯純度的影響 烯丙基氯純度回流比 回流比－烯丙基氯純度 圖 3－ 4：回流比對烯丙基氯純度影響 使用靈敏度分析工具 Sensitivity 考察回流比對 烯丙基氯 純度的影響，如圖 3－ 4 所示。 如圖所示，隨著回流比的增加，烯丙基氯的純度增大，當(dāng)回流比達到 時，就可以達到純度要求，如回流比再增大，就會使塔徑和能量消耗增大，因此選擇回流比為 。 采出率對烯丙基氯分離的影響 0 .00 .20 .40 .60 .81 .0 烯丙基氯純度采出率 采出率－烯丙基氯純度 烯丙基氯收率 采出率－烯丙基氯收率 圖 3－ 5：采出率對烯丙基氯純度和收率的影響 第 三 章 烯丙基氯生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 26 使用靈敏度分析工具 Sensitivity 考察采出率對烯丙基氯純度的影響，如圖 3－ 5 所示。 如圖所 示，隨著采出率的增加，烯丙基氯的純度逐漸減小，當(dāng)采出率達到 時，純度突然降低，而烯丙基氯的收率隨著采出率的增加而增大，當(dāng)采出率達到 時，收率達到 ％，因此選擇采出率為 。 進料板對烯丙基氯分離的影響 0 5 10 15 20 25 30 烯丙基氯純度進料板位置 進料板位置－烯丙基氯純度 圖 3－ 6：進料板位置對氯丙烯純度的影響 使用靈敏度分析工具 Sensitivity 考察采出率對烯丙基氯純度的影響，如圖 3－ 6 所示。 如圖所示，隨著進料板位置增加，烯丙基氯的純度先增大后減小，進料板從第 11 塊到 19 塊時，產(chǎn)品純度都可以滿足要求。從精餾塔的操作彈性上考慮，選擇 17 塊塔板做為進料板。 據(jù)此， 根據(jù) 優(yōu)化 計算的結(jié)果，其 優(yōu)化 設(shè)定值如表 312 所示： 表 312： 精餾塔 T103 最佳設(shè)定值（嚴(yán)格算法） 理論塔板數(shù) 26 回流比 第 三 章 烯丙基氯 生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 27 吸收塔 T104 的設(shè)定 精餾塔 T101 塔頂是汽相出料，塔頂 蒸汽含有大量的丙烯，氯化氫氣體，吸收塔 T104 的作用 : 吸收精餾塔 T101 蒸汽中的氯化 氫氣體轉(zhuǎn)化為鹽酸溶液，將丙烯回收利用。在此目標(biāo)下對該塔進行模擬優(yōu)化，尋找達到該分離要求的最佳操作條件。 Aspen Plus 提供 Radfrac 模塊模擬吸附塔，其中要設(shè)定的參數(shù)包括理論塔板數(shù)吸收劑的用量和溫度。根據(jù)相關(guān)資料，對吸收塔 T－ 104 的初始設(shè)定參數(shù)如下： 表 3－ 13：吸收塔 T－ 104 的初始設(shè)定參數(shù) 塔板數(shù) 壓強 吸收劑的流量 吸收劑的溫度 3 100Kmol/h 20℃ 吸收劑流量對吸收效果的影響 吸收塔 T－ 104 的目的是吸收氯化氫氣體，因此本文使用 Sensivity 工具，以氯化氫氣體的收率為目標(biāo)，考察吸附劑用量對收率的影響，如圖 3－ 7 所示。 如圖所示，隨著吸收劑用量增大 HCL 的收率升高，當(dāng)流量為 時， HCL 的收率達到 ％，溶液的質(zhì)量濃度為 60％。由于商品濃鹽酸的濃度為 36％，所以本設(shè)計選擇鹽酸溶液濃度為 36％所對應(yīng)的吸收劑流量，即，做為最佳吸收劑流量。 由于 HCL 溶于水是劇烈的化學(xué)吸附，溫度和塔板數(shù)對吸收過程影響很小。因此本設(shè)計選擇的 T104 最佳操作條件如表 3－ 14 所示。 最佳進料位置 17 塔頂壓力 (kpa) 1bar D/F 塔底壓力 (kpa) 第 三 章 烯丙基氯生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 28 0 20 40 60 80 1000. 20. 40. 60. 80 .9 8 00 .9 8 50 .9 9 00 .9 9 51 .0 0 0 鹽酸溶液的質(zhì)量濃度吸收劑的流量（m o l / h ） 吸收劑流量－鹽酸溶液的質(zhì)量濃度 吸收劑流量－H C L 吸收率 HCL吸收率 圖 3－ 7：吸收劑流量對 HCL 收率和溶液濃度的影響 表 3－ 14：吸收塔 T－ 104 的最佳參數(shù) 塔板數(shù) 壓強 吸收劑的流量 吸收劑的溫度 3 ℃ 設(shè)備的設(shè)計與校核 在 Aspen Plus 中，塔設(shè)備的設(shè)計和校核是通過 Sizing 和 Rating 進行計算。根據(jù) Aspen Plus 的要求，用戶提供必須的 Sizing 參數(shù)， Aspen 就可以給出塔高，塔徑，降液板等相關(guān)的設(shè)計數(shù)據(jù)。將這些參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)圓整后，提供給 Rating 就可以對設(shè)計后的精餾塔進行校核。 精 餾塔 T103 的設(shè)計 精餾塔 T103 分離烯丙基氯和 2， 3二氯丙稀，塔頂抽出最終產(chǎn)品烯丙基氯。對精餾塔 T103 參數(shù)進行“ Tray Sizing”和“ Tray Rating”設(shè)定優(yōu)化，得到各塔板參數(shù)見下表 按照塔內(nèi)氣液流動的方 式，可將塔板分為錯流塔板與逆流塔板。由于逆流塔板需要較高的氣速才能維持板上液層，操作范圍小，分離效率也很底，工業(yè)上應(yīng)用較少。在幾種主要類型的錯流塔板中，應(yīng)用最早的是泡罩塔，目前使用第 三 章 烯丙基氯 生產(chǎn)流程的設(shè)計與優(yōu)化 29 最廣泛的是篩板塔和浮閥塔板。鑒于篩板塔的下列優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，氣體壓降小，板上液面落差也小，生產(chǎn) 能力及板效率均較高，我們選用了篩板塔。 由于系統(tǒng)自動將冷凝器和共沸塔也作為塔板數(shù)計算在內(nèi)，因此實際塔板部分的起始塔板數(shù)為 2，結(jié)束塔板數(shù)為 14。板間距直接影響塔高，此外，板間距還與塔的生產(chǎn)能力，操作彈性及塔板效率有關(guān)。在一定的生產(chǎn)任務(wù)下，采用較大的板間距能允許較高的空塔氣速，因而塔徑可小些，但塔高要增加。根據(jù)實際情況，結(jié)合經(jīng)濟權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整后，作出最佳選擇。輸入塔板設(shè)計所需的數(shù)據(jù)后運行得到核算所需要的部分?jǐn)?shù)據(jù)。 在進行塔板核算時，除了用到從塔板設(shè)計帶來數(shù)據(jù)，還需要對浮閥板和降液管的參數(shù)進行設(shè)置。浮閥一般按正三 角形排列 ， 也可采用等腰三角形排列 ，在三角形排列中又有順排和叉排 ， 使用叉排時相鄰兩閥中吹出氣流攪拌液層的相互作用較順排顯著 ， 使相鄰兩閥容易吹開 ， 液面梯度較小 ， 鼓泡均勻 ， 故采用叉排較好 。 按正三角形順排的常用閥中心距有 75， 100， 125， 150mm 四種 ，叉排中心距有 65， 80， 100mm三種 .塔板上閥開孔率經(jīng)常在 4%1