Aspen Plus在醋酸精馏塔中的应用

温志坚 程建芳 顾伟锋

（浙江新和成股份有限公司，浙江 新昌 312500）

Advanced System for Process Engineering简称Aspen，是在1976～1981年由MIT主持、能源部赞助、55个高校和公司共同参与开发的一款基于序贯模块法的稳态模拟软件。

Aspen Plus拥有最完善的物性数据库、包含有近6000种纯组分的物性数据，拥有强大的热力学物性计算系统，以及各种单元操作模块。Aspen Plus在整个工艺装置从研发、工程到生产的生命周期中，提供了经过验证的巨大的经济效益。它将稳态模型的功能带到工程桌面，传递着无与伦比的模型功能和方便使用的组合。

Aspen Plus已广泛地应用于工厂设计、工艺方案比较、老装置改造、装置标定、开车指导、可行性研究、脱瓶颈分析、工程技术人员和操作人员的培训等领域，协助企业优化生产装置，降低生产成本和操作费用，以及节能降耗等，以获得巨大的经济效益。

1 工艺过程简述

公司在生产产品的过程中，每天会产生近35t的废醋酸混合溶剂，为了降低生产成本，需要从上述混合溶剂中提纯醋酸进行套用。从节约投资方向考虑，准备利用原有闲置精馏塔进行改造，应用Aspen Plus软件对精馏过程进行模拟计算，判定塔的改造方式以及寻找合适的操作条件。

原闲置塔的参数为塔径φ1200mm，提馏段高度为3000mm，精馏段高度为3000mm，填料为BX陶瓷板波纹填料.

要求塔的处理能力满足进料量为1500kg/h的废醋酸溶液。废醋酸溶液的组份分别为64％（w％）醋酐、34％（w％）醋酸及2％（w％）脚料（主要为硬脂酸丁酯）。通过精馏塔回收，使塔顶的醋酸含量≥98％，进而进行套用。

工艺流程见图1。

图1 醋酸精馏工艺流程示意图

2 计算模型与模块的选取

Aspen Plus中有DSTWU、Distl、RadFrac、Batchsep等塔模型来计算和模拟精馏塔，其中RadFrac是一个严格的用于模拟各种类型的多级汽液分馏操作的模型，可以同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。因此选取此模块进行连续稳态模拟。

一般在相平衡模拟计算中常用的活度系数模型有WILSON方程、NRTL方程等。NRTL方程在表示二元和多元的汽液平衡方面是相当好的，能有效的关联化学品系统在低压下的性质，适用于完全互溶和部分互溶体系，同时能够准确的模拟非理想溶液汽液和液液平衡。

3 模型的计算

利用Aspen Plus中的模块库，选择RadFrac模块，定义流程涉及组分，选择热力学性质计算方法，输入进料条件和产品条件。

利用RadFrac模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定（Design Specs）：塔顶出馏物中醋酸含量≥98％；变化（Vary）：回流比从0.5～3.5自动计算，计算结果如图2，从图中可看到Reflux Ratio=2.68时，比较合理。

通过逐板计算，可以得出R=2.68时，塔内的温度分布、塔内气相组成、塔内液相组成，见图3～图6。

图3 R=2.68塔内压力分布

图4 R=2.68塔内温度分布

从图3中可以看到，R=2.68时，塔顶压力为Ptop=0.2bar，塔釜压力为Pbottom==0.258bar。从图4中可以看到，R=2.68时，塔顶温度为Ttop＝76.3℃、塔釜温度为Tbottom=102.9℃。

图5 R=2.68塔内液相组成

图6 R=2.68塔内气相组成

从图5～图6中分别可以看到，R=2.68时，塔顶出料组成，醋酸含量（w％）=98％醋酐含量（w％）=2％。

4 结论

（1）该塔经工程安装投产后，实际操作数据为塔釜控制温度100℃，塔顶操作压力0.2bar，塔顶醋酸含量为98.1％，将实际记录的操作数据与模拟值（98％）进行比较，数据吻合良好。

（2）通过实践证明，采用Aspen软件中的NRTL模型能够很好的适用于醋酸-醋酐汽-液平衡体系。

（3）回流比变化，塔板温度、热负荷、醋酸浓度都发生变化，在满足醋酸质量的情况下，可以通过调节回流比来模拟操作工况，以便确定更经济、更稳定的操作条件，对实际生产有很好的指导作用。

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