【正文】 的模擬結(jié)果見附表2 依據(jù)此流程模擬得到結(jié)果，計(jì)算生產(chǎn)能力為：= 萬 t/年所以，滿足設(shè)計(jì)任務(wù)。圖242乙二醇精制塔全塔液相濃度分布圖57由圖可知，全塔自塔頂至塔底乙二醇的摩爾濃度降低，二乙二醇摩爾濃 度升高，液相流量趨勢(shì)符合精餾塔的規(guī)律，全塔操作穩(wěn)定，并且各塔板分 離效果比較明顯。表29脫水塔優(yōu)化后參數(shù)優(yōu)化參數(shù)理論板數(shù)/塊進(jìn)料板/塊進(jìn)料溫度/176。通過以上優(yōu)化。⑹采出率的優(yōu)化最后我們分析采出率對(duì)其乙二醇摩爾濃度的影響，結(jié)果如圖237所示:圖239采出率對(duì)乙二醇摩爾濃度關(guān)系曲線如圖所示，塔頂?shù)玫降囊叶籍a(chǎn)品均可以達(dá)到規(guī)定要求。 同時(shí)我們還需考慮壓力降對(duì)再沸器和冷凝器熱負(fù)荷的影響，結(jié)果如圖235 和圖236所示：全塔壓降U .：■再沸器熱負(fù)荷=^:：：_：■/L163。⑸全塔壓降的優(yōu)化塔壓降有時(shí)對(duì)塔的分離效果也有明顯的影響，下面我們分析全塔壓力降 對(duì)塔頂產(chǎn)物乙二醇摩爾濃度的影響。同時(shí)我們知道精料溫度對(duì)再沸器和冷凝器的 熱負(fù)荷有很大影響，英雌我們還需考慮進(jìn)料溫度對(duì)冷凝器和再沸器的影響， 其影響結(jié)果見圖234和235。⑷進(jìn)料溫度的優(yōu)化下面我們考慮進(jìn)料溫度對(duì)模擬結(jié)果的影響，如圖233所示。⑶回流比的優(yōu)化圖232為回流比對(duì)乙二醇精制塔塔頂采出乙二醇摩爾濃度的關(guān)系曲線圖。⑵ 進(jìn)料板位置的優(yōu)化下面我們分析進(jìn)料板位置對(duì)塔頂乙二醇摩爾濃度影響，結(jié)果如圖231 所示。⑴ 理論板數(shù)優(yōu)化首先我們做了理論塔板數(shù)對(duì)塔頂采出乙二醇摩爾濃度的靈敏度分析結(jié) 果如圖230所示。i— Results?Minimum reflux ratio:Actual reflux ratio:Minimum number of stages:Number of actual stages:Feed stage:Number of actual stages above feed:Reboiler heating required:kWCondenser cooling required:kWDistillate temperature:CBottom temperature:CDistillate to feed fraction:HETP:圖229乙二醇精制塔簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果如圖所示，,理論塔板數(shù)為18塊板，而進(jìn)料板位 置為第7塊板。由于乙二醇和二乙二醇的相對(duì)揮發(fā)度較為接近，所以采用減壓操 作，參考文獻(xiàn)資料，而塔底操作壓力 。板數(shù)溫度oC壓力bar熱負(fù)荷kW液相流量 kmolh1氣相流量 kmolh110203040506070809010011012013014015016表28為全塔液相摩爾分?jǐn)?shù)分布板數(shù)水乙二醇二乙二醇10203045678910111213141516圖228為脫水塔全塔液相濃度分布圖:45圖228脫水塔全塔液相濃度分布由圖可知，全塔自塔頂至塔底水的摩爾濃度降低，產(chǎn)物摩爾濃度升高， 液相流量趨勢(shì)符合精餾塔的規(guī)律，全塔操作穩(wěn)定，并且各塔板分離效果比 較明顯。表26脫水塔優(yōu)化后參數(shù)優(yōu)化參數(shù)理論板數(shù)/塊進(jìn)料板/塊進(jìn)料溫度/176。 DIFD Results SyimiimeryU .：*□in □ fvn 采出率圖226采出率對(duì)再沸器熱負(fù)荷影響關(guān)系曲線圖227采出率對(duì)冷凝器熱負(fù)荷影響關(guān)系曲線據(jù)圖227所示，乙二醇和二乙二醇回收率隨著采出率的增加不斷提高，回收率數(shù)值提高不再明顯，而依據(jù)再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷性能曲線來看，再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷都在迅速增加，因此在 保證回收率的前提下。與二乙二園I摩:爾.。再沸器熱員荷全塔壓力降對(duì)再沸器熱負(fù)荷靈敏，度分祈0 2 0 4 oiti r — □ 全塔壓力降（bar)圖223塔壓降對(duì)脫水塔再沸器熱負(fù)荷影響曲線冷礙器熱員荷Is 塔壓降對(duì)冷凝器熱負(fù)荷靈敏度分祈全塔壓力降（ba「），脫水塔的效率均可保證很好的效果，同時(shí)，我們可以看出隨著全塔壓力降的增大，再沸器 和冷凝器的熱負(fù)荷都將增大，保證產(chǎn)品的回收率前提下，同時(shí)參考到工業(yè) 數(shù)值。圖222即為塔壓降對(duì)乙二醇和二乙二醇總回收率的靈敏度分析曲線圖。 5 SO 05 70 75 SO進(jìn)料溫度c c)圖219進(jìn)料溫度對(duì)乙二醇與二乙二醇總回收率的關(guān)系曲線如圖所示，當(dāng)進(jìn)料溫度高于49oC時(shí)，產(chǎn)品的回收率呈明顯的下降趨勢(shì)，因此進(jìn)料溫度應(yīng)低于49oC，同時(shí)，我們還必須考慮進(jìn)料溫度對(duì)塔底再沸器 熱負(fù)荷和塔頂冷凝器熱負(fù)荷的影響，其影響結(jié)果如圖220和圖221所示。乙二醇與二乙二醇靈敏度分祈aaO39。圖218回流比對(duì)乙二醇與二乙二醇總回收率的關(guān)系曲線，乙二醇與二乙二醇的回收率可以%，當(dāng)回流比繼續(xù)增大時(shí)，回收率提高不明顯，同時(shí)我們也知道回流比的增大將導(dǎo)致塔底再沸器和塔頂冷凝器熱負(fù)荷的增大，因此我們選擇 。圖217進(jìn)料板位置對(duì)乙二醇與二乙二醇總回收率關(guān)系曲線依據(jù)圖中所顯示結(jié)果當(dāng)進(jìn)料板位置在第4到12塊板上時(shí)，提純效率都很高，因此選擇第12塊板為乙二醇脫水塔的進(jìn)料板。由圖可以看出理論板數(shù)增加，脫水效果越明顯，因此考慮到回收率的影響關(guān)系，我們我們選擇最佳理論板數(shù)為16塊板（包括再沸器和冷凝器）。⑴理論塔板數(shù)的優(yōu)化首先，我們做了乙二醇回收率對(duì)理論塔板數(shù)的靈敏度分析，結(jié)果如圖215所示。初步模擬得到如圖214所示結(jié)果。首先我們采用筒捷計(jì)算法對(duì)過程進(jìn)行模擬得到初始值，計(jì)算模型采用 DSTWU，模擬流程如圖213所示。含二乙二醇 。 脫水塔的進(jìn)料為反應(yīng)精餾塔的塔底出料，其物料組成為含乙二醇 。圖212為反應(yīng)精餾塔全塔液相濃度分布圖。c回流比數(shù)據(jù)11環(huán)氧乙烷 水 7 23520依據(jù)以上優(yōu)化參數(shù)模擬，最終我們得到反應(yīng)精餾塔的各塔板上操作工況如表24所示。⑸反應(yīng)精餾塔進(jìn)料溫度和塔壓降對(duì)乙二醇選擇性的影響 相同，我們也對(duì)進(jìn)料溫度和塔的操作壓力進(jìn)行了優(yōu)化，得到如下結(jié)論：27① 水的進(jìn)料溫度在10到70oC之間時(shí)，隨著溫度的增加，乙二醇選擇 性略微降低；② 環(huán)氧乙烷的進(jìn)料溫度在10到70oC之間時(shí)，隨著溫度的增加，乙二醇③ 由于本塔采用加壓操作，塔內(nèi)微小的壓力降低并未對(duì)反應(yīng)的選擇性 產(chǎn)生明顯的影響，因此，我們采用工業(yè)數(shù)值即為1MPa作為全塔操作壓力。⑶回流比的確定確定其它參數(shù)不發(fā)生變化，分析回流比對(duì)乙二醇的選擇性以及塔的熱負(fù)荷的影響，分析結(jié)果如下：I iSI運(yùn)0SIPG義1112o圖29回流比對(duì)乙二醇選擇性靈敏度分析 Sensitivity S7 Results Summary0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100VARY 1 B1 COLSPEC MOLERROS!^PIVa:H/1v?麵 ms圖210回流比對(duì)再沸器熱負(fù)荷靈敏度分析乙二醇的選擇性隨著回流比的增加而不斷提高，但再沸器的熱負(fù)荷將會(huì)急劇上升，為了一方面提高乙二醇的選擇性而另一方面降低再沸器熱負(fù) 荷，我們采用回流比為20。⑴理論塔板數(shù)的確定參考遼化工業(yè)反應(yīng)精餾塔塔板數(shù)據(jù)，在模擬過程中，做了最佳理論塔 板數(shù)與反應(yīng)選擇性的靈敏度分析，結(jié)果如圖26所示：圖26乙二醇選擇性與理論塔板數(shù)靈敏度分析由圖26可以明顯看出乙二醇選擇性隨塔板數(shù)增加而提高，但當(dāng)塔板數(shù)增加為11塊板時(shí)選擇性提高不再明顯，因此最佳理論版數(shù)我們確定為11 塊板。操作界面如圖24和圖25所示。圖22 Reaction項(xiàng)設(shè)置圖23停留時(shí)間項(xiàng)設(shè)置然后在reaction中添加化學(xué)反應(yīng)方程式，并設(shè)置為動(dòng)力學(xué)控制，輸入各 項(xiàng)參數(shù)，式，在這里只要填寫旨前因子項(xiàng)和活化能項(xiàng)即可。塔的操作 壓力為1MPa,全塔共有11塊塔板（包括冷凝器和再沸器），水的加料位置 為第二塊板，環(huán)氧乙烷的加料位置為第7塊板。 環(huán)氧乙烷加壓水合制備乙二醇的主要反應(yīng)如下所示：① 主反應(yīng)：在液相中，環(huán)氧乙烷與水作用生成乙二醇的反應(yīng)，即水合反應(yīng)，可用 如下化學(xué)反應(yīng)方程式表示：C2H4O+H2O+ C2H6O2② 副反應(yīng)：環(huán)氧乙烷水合反應(yīng)中，由于生成的乙二醇能再與環(huán)氧乙烷反應(yīng)，生成 二甘醇:21C2H4O+C2H6O2+C4H10O3這兩個(gè)反應(yīng)的速率方程均可表示為阿倫尼烏斯方程，反應(yīng)速率方程如表21 所示。本工藝共有三組主要設(shè)備，即為反應(yīng)精餾塔、乙二醇脫水濃縮塔以及 乙二醇精制塔。狀態(tài)方程方法有PENG—ROB、 RK—Soave以及基于這兩種方法而衍生出來的方法。 方程法。50000300 X 246945kg/h物料計(jì)算：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)年產(chǎn)5萬噸精乙二醇質(zhì)量百分比^%，環(huán) %，每年按300工作日計(jì)算，則每小時(shí)精乙 二醇產(chǎn)量為：依據(jù)物料守恒，甲醇轉(zhuǎn)化率為100%，則每小 時(shí)所需純環(huán)氧乙烷為：，則所需環(huán)氧乙烷水溶液進(jìn)料量為:5988kg/h5336 X 0^9進(jìn)料所需工藝水按工藝要求與環(huán)氧乙烷水溶液摩爾之比為1:1，則水流 量為：2178kg/h。原料組成見附表1。原材料：以乙稀法合成環(huán)氧乙院為原材料，加壓水合制備乙二醇。乙二醇的工業(yè)用途廣泛，但是在面對(duì)全球乙二醇生產(chǎn)過剩的情況下， 而我國(guó)還需大量進(jìn)口，為解決目前我國(guó)乙二醇的市場(chǎng)的缺口，本設(shè)計(jì)從 技術(shù)和節(jié)能的前提出發(fā)，設(shè)計(jì)一套年產(chǎn)5萬t的乙二醇生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì) 內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：(1) 對(duì)比傳統(tǒng)工藝（六校蒸發(fā)工藝）與反應(yīng)精餾工藝，采用流程短、 工藝筒單、高轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)精餾工藝作為設(shè)計(jì)工藝；(2) 在保證高轉(zhuǎn)化率的情況下，研究反應(yīng)精餾塔的操作條件，通過調(diào) 優(yōu)設(shè)計(jì)，得到最佳操作條件；(3) 對(duì)乙二醇工藝中的蒸發(fā)塔和精制塔進(jìn)行研究，采用aspenplue軟 件對(duì)過程進(jìn)行模擬，得到最佳工藝條件；(4) 對(duì)整個(gè)工藝的用能進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化；(5) 用此工藝的用能與遼化的5萬t每年的用能進(jìn)行對(duì)比，得到此工 藝的優(yōu)點(diǎn)。脫水塔釜 出料進(jìn)EG精餾塔(T103)，塔頂出來的氣體經(jīng)冷凝后部分作為回流，部分作 為采出，以獲得藥品級(jí)乙二醇。水與環(huán)氧乙烷在反應(yīng)精餾塔的反應(yīng)段 迅速反應(yīng)，在精餾塔內(nèi)被分離。 反應(yīng)精餾塔用再沸器間接加熱，塔頂部分回流，控制適當(dāng)?shù)乃敳僮鲏毫?和塔頂溫度。反應(yīng)精餾制乙二醇的工藝流程如圖12所示，整個(gè)流程僅由3個(gè)塔組成。反應(yīng)精餾的主要優(yōu)點(diǎn)集結(jié)如下：(1) 由于反應(yīng)產(chǎn)物一旦生成，即從反應(yīng)區(qū)蒸出，因此對(duì)若干復(fù)雜反應(yīng)來說，可以增加反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性；(2) 破壞可逆反應(yīng)平衡，增大過程轉(zhuǎn)化率。例 如較早的酷化(特別是低碳梭酸與低碳醉合成醋)、醋交換(例如苯二甲酸二 曱醋與乙二醇的反應(yīng))、皂化(由二氛丙醇生成環(huán)氧氯丙烷)以及胺化、水解、 異構(gòu)化、烴化、縱化、脫水、乙酸化、硝化等反應(yīng)。一些化工過程模擬軟件公司也將精力投入到反應(yīng)精餾的模擬中，其中 具有代表性的公司為ASPANTECH公司，該公司開發(fā)的過程模擬軟件，具 有強(qiáng)大的單元和全過程模擬開發(fā)功能，同時(shí)也可用于反應(yīng)精餾塔的計(jì)算與 優(yōu)化。由于反應(yīng)精餾是化學(xué)反應(yīng)和 精餾過程的禍合，在反應(yīng)精餾過程的設(shè)計(jì)、放大、操作性能和控制方案的 研究等方面均存在一定的難度。七十年代后，反應(yīng)精餾的研究己不限于均相反應(yīng)系統(tǒng)(包括催 化與非催化反應(yīng)系統(tǒng))，而擴(kuò)大到非均相催化反應(yīng)系統(tǒng)。從三十年 代到六十年代初主要是進(jìn)行一些特定體系的工藝探索。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程相比，它具有產(chǎn)品收率高，投資少等特點(diǎn)，因而在近年來得到廣泛的研究并獲得迅速 發(fā)展。將化學(xué)反應(yīng)和精餾過程結(jié)合起來同時(shí)進(jìn)行的單元操作稱為反應(yīng)精餾。此外，用連續(xù)流動(dòng)酶也可催化制備環(huán)氧乙烷、乙二醇、 環(huán)氧丙烷和丙三醇等，但由于該工藝需要大容積發(fā)酵器，并要提純大量發(fā) 酵稀液，故能耗和工程費(fèi)用較高，尚處于探索階段[14]。使用鉆或釕、鈀、鉑等金屬催化劑，在較高壓力下，用木糖醇、己糖 醇等系列的生化產(chǎn)品可制得乙二醇。 最近，在曱醚催化氧化二聚成二曱氧基乙烷，然后水解合成乙二醇方面取得了明顯的進(jìn)展。采用Rh的雙核 合物[Rh(CO)C (IPO2CH2PO2)]的甲醇溶液進(jìn)行液相光脫氫反應(yīng)，能得到乙 二醇、曱醛、曱縮醛等，但產(chǎn)物中乙二醇的選擇性不高。合成氣直接合成乙二醇 的方法，由于壓力太高，副產(chǎn)甲醇多，銠回收率低（約90%)，故目前尚未 實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[1112]。把三價(jià)乙酰丙酮化釕、乙酰丙酮化銠懸浮在四 丁基膦溴化物上，組成釕銠雙金屬催化劑，在220176。如美國(guó)聯(lián)合碳化物公司便做過高壓下 (300MPa)，用鈷催化劑催化合成有機(jī)化合物，其中就包括乙二醇。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)而 言，開發(fā)合成氣合成乙二醇的生產(chǎn)工藝是比較理想的工藝。由于碳酸乙烯酯法具有能耗低、