关于Aspen Plus模拟1，4-丁二醇脱水塔的研究

党慧娟，郭文倩

（1.新疆国泰新华化工有限责任公司，新疆昌吉 831700；2.山西阳煤化工工程有限公司，山西太原 030021）

1 Aspen Plus简介

Aspen Plus 软件是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析的大型化工过程模拟软件[1—2]，可以进行化工设计模拟计算，在不改动生产设备、参数等的情况下，实现在计算机上“再现”现有装置的生产过程[3]，在产品调优方面有极大的应用价值。本文利用Aspen Plus 软件进行1，4-丁二醇脱水塔的化工模拟，其计算数据可以直接用于指导生产。

2 进料条件

在1，4-丁二醇生产中，脱水塔的进料组分主要为水、1，4-丁炔二醇、正丁醇、四氢呋喃、轻组分和重组分，其质量分数见表1。进料流量约为40m3/h，即39541.4kg/h。

表1 进料流股组分表

3 模拟计算

利用简洁计算模型DSTWU 对脱水塔进行模拟计算，以此确定实际回流比、实际理论板数、进料位置等参数[4]。然后以计算结果作为脱水塔严格计算参数，进行严格计算；最后通过塔内设计规定来实现脱水塔的分离结果与实际生产相符（塔釜中含水量低于1%）。

3.1 简洁模拟

（1）启动Aspen Plus 软件，选择General with Metric Units模板。

（2）在成分输入选项下，输入进料流股FEED 的组分，分别为H2O（水）、1：4-B-01（1，4-丁二醇）、N-BUT-01（正丁醇）、TETRA-01（四氢呋喃），本文中的轻组分采用C3H4O（丙烯醛）替代，重组分采用C17H36（正十七烷）替代。

（3）由于进料体系属于极性较强的特点，选择WILS-RK状态方程物性方法。

（4）建立流程图，详见图1 ，其中塔模块选择塔模块下DSTWU 中的ICON1。

图1 T01塔的简洁精馏流程

物流FEED 是来自上游的产物，主要含有水、1，4-丁二醇、四氢呋喃、丁醇及微量的轻组分和重组分；FEED 通过T01塔后，塔底得到含少量水的1，4-丁二醇流股102；塔顶得到含有大量水及少量丁醇、四氢呋喃和轻组分的流股101；

（5）进入Streams/FEED/Input/mixed 页面，输入进料FDDE的数据条件，详见图2。

图2 模拟分离进料条件设定

（6）进入Blocks/DSTWU/Iput/Specifications 页面，输入模块参数，其中根据生产经验，设置塔板数为10，塔顶轻关键组分H2O 的摩尔回收率为0.91，塔顶重关键组分1，4-丁二醇的摩尔回收率为0.0001，初步假设定塔顶压力为120kPa，再沸器压力为140kPa。

（7）接着运行模拟，提示所有必要的输入完成，点击OK，模拟流程收敛。

（8）在结果查询选项下，可以查看到简洁模拟计算的结果，实际回流比为0.17，实际塔板数为10块，进料位置为第9块，塔顶馏出与进料比为0.81。

3.2 严格计算

在简洁计算的基础上，对脱水塔利用严格计算模块Radfrac 进行严格计算，进料组分及比例、冷凝器的形式及压力、再沸器的压力、产品纯度和物性方法的选择与简洁模拟计算完全相同。

（1）建立流程图，与简洁计算流程图图1相同，其中塔模块选择塔模块下Radfrac 中的FRACT1。

（2）进料条件及比例与简洁模拟计算完全相同。

（3）在RADFRC 选项下的规格页面下，进入Setup 下的配置页面，进行模块设置，按照简洁计算结果输入严格计算模块参数，塔板数为10，冷凝器类型为全凝器，再沸器 类型为釜式再沸器，摩尔回流比为0.17，蒸馏物与塔进料的摩尔比为0.81，在Strems 页面下设置进料板位置为9，进料类型为板上进料（On-Stage），在Pressur 页面下设置冷凝器压力为120kPa，全塔压降为20kPa，其他参数使用软件默认的参数。

（4）运行模拟，提示所有必要的输入完成，点击OK，模拟流程收敛。

（5）在结果查询选项下，可以查看到严格模拟计算的结果。

从结果得到塔釜中水的含量为1.3wt%，塔釜产品含水量比要求值（小于等于1wt%）大，纯度没有达到要求。在后续通过塔内设计规定来达到分离要求。

3.3 塔内设计规定

在脱水塔严格模块模拟计算的基础上，通过添加塔内设计规定将严格模拟计算结果中的塔釜水含量控制在1%以内，以达到分离要求的目的。本文中通过规定要求的塔釜含水量1wt%来进行塔内设计规定。

（1）在RADFRC 选项下的design specification 页面下，点击New 按钮新建一个塔内设计规定，设计规格类型选择质量纯度，检测目标选择0.01，

（2）在Components 页面下，选择成分为H2O；在Feed/product streams 页面下，选择流股为102，。

（3）设置调节变量，在Vary 页面下点击New 按钮，选择调节变量类型为回流比，规定回流比的范围为0.1～0.3。

（4）运行模拟流程，流程收敛，查看模拟结果，塔釜流股中的水含量为0.8%，与实际生产相符，详见表2。

表2 严格模块精馏塔模拟结果

4 结论

利用Aspen Plus 软件进行了1，4-丁二醇脱水塔的化工过程模拟，经过简洁模拟计算、严格模拟计算和最后的塔内设计规定，使得模拟结果与生产分析结果基本相符。在以后的生产中，可以将本文的模拟流程计算数据作为调整生产工艺参数的依据，这样可以在很大程度上缩短工艺调整的时间，与此同时也大幅度减少了以往因工艺调整而导致的不合格品量，给现有装置脱水塔操作带来了极大的方便。