Aspen Plus模拟己二酸氨化法制己二腈精馏单元的研究

＊袁成 陈依柯 徐浩成 康家豪 谷峰 王旺霞

（盐城工学院化学化工学院 江苏 224051）

引言

己二腈（ADN）是重要的化工原料，常用于尼龙610、尼龙66等材料的生产[1]。尼龙66强度高，电绝缘性能好，是合成纤维的原料，也是工程塑料的主要原料，广泛应用于新能源汽车、电子电器、机械仪器仪表等工业领域[2]。我国受尼龙需求影响，己二腈市场消费量逐步上升，但由于长期依靠国外进口，难以实现技术突破，而己二腈精馏在己二腈生产中有着极为重要的作用。

目前，制备己二腈的方法主要有4种：丁二烯氰化法、丙烯腈二聚法、己二酸催化氨化法和己内酰胺法[3]。我国己二腈生产以丁二烯氰化法为主，该法虽是先进的产业化方法，流程短，成本低，但反应需在高压下进行，且原料涉及剧毒氰化氢，一旦泄漏会造成严重事故，增大了设计难度和运行成本[4]，而今我国己二酸生产技术较为成熟，已实现大规模生产，为此，本项目选择己二酸氨化法制备年产五万吨己二腈。该工艺分为己二酸氨化及脱水、己二腈粗分离、己二腈水洗干燥、己二腈精制四个单元。

本文对己二腈精馏单元进行Aspen Plus模拟，确定双塔精馏最优参数。

1.己二腈双塔精馏流程

如图1所示，己二腈精馏单元由T0401（己二腈脱轻塔）和T0402（己二腈脱重塔）两塔组成，来自己二腈水洗工段的进料经过T0401除去δ-氰基戊酸胺后进入T0402进行精馏，最终得到纯度为99.9%的己二腈产品。

图1 己二腈双塔精馏流程图

(1)加料组成

进料流量为55.73kmol/h，进料中包含己二腈99.46%（mol%，下同），1-亚胺基-2-氰基环戊烷0.3%，δ-氰基戊酸胺0.21%，其他杂质0.5%。进料温度为200℃，压力为200kPa。进料经过T0401分离己二腈和氰基戊酸。T0401塔釜的己二腈和1-亚氨基-2氰基环戊烷进入T0402进行精馏，要求塔顶己二腈纯度达99.9%。

(2)物性方法的选择

选用Aspen Plus中活度系数模型NRTL，其适合处理任何极性和非极性组分甚至强非理想混合物[5]，模拟结果如表1。

表1 选用NRTL的模拟运行结果

(3)简捷计算

Aspen中，DSTWU模块计算精度虽不够高，但可以给出最小回流比、最小理论板数等参数，常用于初步设计，结果可为后续严格精馏计算提供初值[6-7]。

通过物料衡算得T0401流率为55.7352kmol/h，其中ACV（δ-氰基戊酸胺）是轻关键组分，己二腈是重关键组分；对T0402，己二腈是轻关键组分，1-亚氨基-2氰基环戊烷是重关键组分，模拟参数如表2所示，计算结果如表3。

表2 己二腈双塔精馏简捷计算模拟设定参数

表3 己二腈精馏简捷计算与严格计算结果比对

(4)严格模拟计算

RADFRAC作为严格模型，可以很好地模拟气、液两相存在强非理想物系和理想物系[8-10]。简捷计算后，通过RadFrac模块来检验其正确性。比对结果如表3，结果接近，可信。

2.灵敏度分析

(1)加料位置

其他条件一定时，加料位置对精馏塔分离效果通过己二腈含量来分析。关于T0401和T0402，加料位置与己二腈含量关系如图2。

对于T0401、T0402，加料位置与热负荷的关系如图3。

图3 T0401、T0402加料位置与热负荷关系

由图2、图3可以看出，T0401在己二腈含量最高时，第8块板热负荷最小，故其最佳加料位置是第8块板。T0402在己二腈含量变化不大时，第9块塔板的总负荷最小，故其最佳加料板位置为第9块板。

(2)回流比

提高回流比，能增大精馏段和提馏段的液气比，有助于提高传质效果，但会以增加能耗为代价[11]。D:F一定时，增大回流比可采取提高塔顶冷凝量和塔底热负荷[12]。回流比与ADN含量和总负荷的关系，T0401如图4，T0402如图5。

图4 T0401回流比与己二腈含量和热负荷关系

图5 T0402回流比与己二腈含量和热负荷关系

据图4知，回流比增大，己二腈含量先增大后趋于不变，而总负荷不断增大，综合考虑，T0401回流比取21.1。

据图5知，回流比增大，塔顶己二腈含量在增加到0.41后逐渐稳定，而热负荷呈上升趋势，故T0402回流比取0.41。

(3)采出量与进料之比

T0401在板数为15，加料位置为第9块板时，调整塔顶采出率，得和塔底己二腈含量关系如图6。T0402在板数16，回流比为0.67，加料位置为第6块板时，调整塔顶采出率，得和塔顶己二腈含量关系如图7。

图6 T0401塔顶采出率与己二腈含量关系图

图7 T0402塔顶采出率与己二腈含量关系图

据图6，可看出T0401的D:F在达到0.006后，己二腈纯度呈下降趋势，故其D:F取0.006。同理，据图7，取T0402的D:F为0.92。

3.总结

物性方法选用NRTL，通过简捷计算、严格计算和灵敏度分析，得到了己二腈双塔精馏的最优参数如下：T0401在塔板数15，第9块塔板加料时，回流比21.1，塔顶采出率取0.006最优。T0402在板数16，第6块板加料时，回流比0.41，塔顶采出率取0.92最优。