《PX生产工艺-双效精馏研究说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PX生产工艺-双效精馏研究说明书（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 PX生产工艺 -双效精馏研究说明书作品内容简介双效精馏是将两个精馏塔串联起来工作的一种精馏方式，通过利用精馏塔塔顶余热， 进而提高热能的利用率。在双效精馏中，相同规格、相同产量，随效数增加，热负荷减少，操作费用下降。 但是效数越多， 设备的固定投资越大， 且随效数的增加， 蒸发室的压力越来越小，可利用余热越来越少。综合节能、经济、可行性、市场需求等多种因素，设计一套PX生产中节能分离装置双效精馏分离甲苯和混合二甲苯装置。 双效精馏分离甲苯和混合二甲苯装置中 ，利用加压精馏塔冷凝器作为热源，向常压精馏塔再沸器 ( 热井)供热，将加压精馏塔冷凝器和常压精馏塔再沸器耦合成冷凝再沸器，实现热集成，
2、达到节能目的。1 研制背景及意义对二甲苯 (PX)是石化工业重要的基本有机原料之一，被广泛应用于化纤、 合成树脂、农药、医药、塑料等国民经济的各个方面。目前我国是世界最大的PX生产国，占全球总产能的 20% ，也是最大的消费国，消费量占全世界的38% 。中国石油化工集团公司经济技术研究院发布的报告称，作为重要的化工原料，近两年国内PX的短缺情形愈加明显。精馏是石油化工行业重要的分离操作单元，世界上约95% 互溶液体混合物的分离都是用精馏操作的。 精馏又是耗能较高的单元操作，在产品生产成本中占有较大的比重，降低生产过程中的能耗是降低产品生产成本提高竞争能力的关键之一。该方案以年产 70 吨 PX
3、生产为背景，进行模拟设计。2 设计方案我们的设计作品是通过Aspen Plus软件进行。Aspen Plus是 AspenTech工程套装软件 (AES)的一个成员，它是一套非常完整产品，一个生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统，特别对整个工厂、企业工程流程工程实践和优化和自动化有着非常重要的促进作用。自动的把流程模型与工程知识数据库、投资分析，产品优化和其它许多商业流程结合。Aspen Plus在整个工艺装置的从研发、工程到生产生命周期中，提供了经过验证的巨大的经2 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。利用 Aspen Plus公司
4、可以设计、模拟、故障诊断和管理有效益的生产装置。我们的设计方案是以年产70 万吨对二甲苯为背景，对常规精馏、逆流双效精馏、顺流双效精馏、平流双效精馏进行Aspen Plus软件模拟，并对模拟结果加以比较研究，选择一套更为合理的方案用于 PX的生产。1 液相为非理想物系；2 汽相为理想气体；3 用 NRTL方程计算汽 - 液相平衡数据；4忽略热损，本次研究的目的是要得出上述三种方式的双效精馏与单塔精馏相比较，其节能效率，必须要模拟出单塔及各双效精馏塔的能耗，然后计算出节能效率。3 理论设计计算相关公式：3.1 物料衡算D, xD W, xW F, xF WxDFxWDFFy3 F原料液流量kmo
5、l/h D气相产品流量kmol/h W液相产品流量kmol/h Fx、y、x分别表示为原料液、气相和液相产品的组成、摩尔分数。易挥发组分回收率：%100y 1 FFxD难挥发组分回收率：%100)1()1(2 FxFxW3.2 塔板数的确定由操作线方程和平衡线方程决定。精馏段操作线方程：1ny精馏段第 n 层板下降液体中易挥发组分的摩尔分数。nx精馏塔第 n+1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数。回流比：DLR提馏段操作性方程：1my提馏段第 m+1 层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数。mx提馏段第 m 层板下降液体中易挥发组分的摩尔分数。wx釜残液中易挥发组分的摩尔分数。操作线方程：111R
6、xxRRynnwmmxWqFLWxWqFLqFLy1xxy) 1(14 溶液中易挥发组分的相对挥发度。3.3 最小回流比的确定qx、qyq 线与平衡线的交点坐标。3.4 适宜回流比3.5 塔径计算uVD4U空塔气速， m/s；D精馏塔内径， m；V塔内上升蒸汽的体积流量，sm3 ; 具体计算由化工专业软件Aspen模拟确定。4 工作原理及性能分析Aspen Plus软件包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。数据库原理： 物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。AspenPlus 具有最适用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算方
7、法标准化而采用Aspen Plus 的qqqD xyyxRminmin)0.22. 1(RR5 物性系统， 并与其自身的工程计算软件相结合。Aspen Plus数据库包括将近 6000 种纯组分的物性数据软件原理： Aspen Plus 是 Aspen 工程套件（ AES ）的一个组份。 AES 是集成的工程产品套件，有几十种产品。以Aspen Plus 的严格机理模型为基础，形成了针对不同用途、不同层次的 AspenTech 家族软件产品，并为这些软件提供一致的物性支持。算法原理： 唯一将序贯（ SM）模块和联立方程（ EO ）两种算法同时包含在一个模拟工具中。序贯算法提供了流程收敛计算的初
8、值，采用联立方程算法，大大提高了大型流程计算的收敛速度，同时，让以往收敛困难的流程计算成为可能。节省了工程师计算的时间。结构原理： 除组分、物性、状态方程之外，还包含以下单元操作模块：通用混合、物流分流、子物流分流和组分分割模块；包括两相、三相和四相的闪蒸模块；精馏模型等等。具体性能分析如下：4.1 常规精馏4.1.1 工艺流程图4.1.2 工艺流程物料由 FEED股进入，经精馏塔分离 DIST流股流出质量分数为99%的 PX，BOT流股流出99%的甲苯。6 4.1.3 工艺参数4.2 双效精馏逆流4.2.1 工艺流程图4.2.2 工作流程原料都进入低压塔， 其塔底采出作为原料送入高压塔， 高
9、压塔塔顶蒸汽想低压塔塔底再沸器提供热量，二塔塔顶均有产品采出。4.2.3 工艺参数项目塔高 m 塔径 m 塔板数 块进料板 块B1 15.9 1.372 25 12 项目塔高 m 塔径 m 塔板数 块进料板 块B1 15.9 1.025 25 13 B2 15.9 0.89 25 15 7 4.3 双效精馏顺流4.3.1 工艺流程图4.3.2 工艺流程物料进入高压塔， 高压塔底釜液作为低压塔进料， 高压塔产生的塔顶蒸汽作为低压塔再沸器的热源，二塔塔顶均有产品采出。4.3.3 工艺参数4.4 双效精馏平流4.4.1 工艺流程图项目塔高 m 塔径 m 塔板数 块进料板 块B1 15.9 1.025
10、 25 16 B2 15.9 0.89 25 16 8 4.4.2 工作流程物料被分成大致均匀的两股分别送入高、低压两塔中，高压塔产生的塔顶蒸汽作为低压塔再沸器的热源，两塔均从塔顶、塔釜才出产品。4.4.3 工艺参数4.5 数据比较：常规精馏顺流逆流平流甲苯质量分数0.99 0.99 0.99 0.99 项目塔高 m 塔径 m 塔板数 块进料板 块B1 15.9 1.031 25 13 B2 15.9 0.858 25 13 9 PX质量分数0.99 0.99 0.99 0.99 B1热负荷Kw/h 1621.36 961.43 1147.69 1151.36 B2热负荷Kw/h 0 0 0
11、0 加热器热负荷Kw/h 300.99 300.99 300.99 300.99 加压装置能耗0 -0.141656 184.4004 109.8701 总能耗1922.35 1262.278 1633.0804 1562.2201 节能比0 34.34% 15.047% 18.733% 5 创新点及应用5.1 创新点（1）本设计作品利用Aspen Plus 专用软件进行模拟，具有精确可靠的模拟结果；（2）双效精馏与传统工艺上的单塔精馏相比节能达15%35%；（3）多效精馏是利用高压塔的塔顶蒸汽冷凝潜热, 来加热相邻低压塔的塔底物料, 两塔共用一个热交换器 , 以达到节约能量和投资的目的；（4
12、）多效精馏过程把普通蒸汽的冷凝热合理的利用，实现精馏塔塔内和塔尖的热集成，大幅度的降低能量的消耗；（5）操作和控制简便，容易地使用；（6）用原煤作为加热燃料， 用水作为换热介质， 原煤市场价按 1200 元每吨，按每年设备运行 8000h,由计算可知，常规单塔精馏，消耗原煤15831.2 吨，需要 1.90 千万元；顺流双10 效精馏，消耗原煤10401.7 吨，需要 1.25 千万元；逆流双效精馏，消耗原煤13430.8 吨，需要 1.61 千万元；平流双效精馏，消耗12859.3 吨原煤，需要 1.54 千万元。综上所述，顺流双效精馏比常规精馏节约650 万元，逆流双效精馏比常规精馏节约2
13、90万元，平流双效精馏比常规精馏节约360万元，所以顺流双效精馏是最节能的设计方案，可以节省 650万元，可以满足巨大的经济效益。5.2 应用1 ）双效精馏分离甲苯和混合二甲苯装置中，利用加压精馏塔冷凝器作为热源，向常压精馏塔再沸器 ( 热井) 供热，将加压精馏塔冷凝器和常压精馏塔再沸器耦合成冷凝再沸器，实现热集成，达到节能目的。2 ）多效精馏用于分离不同浓度甲醇和水体系，不仅可以降低水蒸气耗量, 而且还能减少冷却水用量和耗电量。3 ）多效精馏在海水淡化中的应用，国内对多效精馏应用于海水淡化技术也有很多研究,并且已经工业化 , 河北省秦皇岛市问世的国内首台百吨级低温多效海水淡化装置, 目前已正
14、式投入生产。我国在多效精馏应用于海水淡化方面研究是比较先进的, 由于海水淡化耗能相当的大 , 一般的精馏操作远不能达到节能效果, 只有通过低温多效精馏才能完成, 在提高淡水质量的同时 , 也解决了节能一项重大难题“可见多效精馏节能相当明显, 应该在相应的工业领域推广使用 , 顺应节能理念。参考文献1 徐世兵 ,余晖.精馏分离与节能 J.精细化工中间体 ,2001,31(6):38-40 2 屈一新 .化工过程数值模拟及软件.北京:化学工业出版社 ,高等教育教材出版中心 .2006：51-58 3 张蔚甲醇精馏技术浅析J.山西化工 2009，29（1） ：52-54 4 刘保柱、章渊昶、陈平、姚克俭节能型甲醇精馏工艺研究J 化工进展， 2007，26（5） ：739-74211 5 张鹏,王现,高维平 ,等.逆流双效精馏节能率的模拟研究J.化工自动化及仪表,2007,34(3):67一 70. 6 高维平 ,杨莹,刘学线 ,等.化工精馏高效节能技术开发及应用明.计算机与应用化学,2008,25(12):1531一 1532 7 孙兰义 .化工流程模拟实训 Aspen Plus教程.化学工业出版社 ,高等教育教材出版中心.2012. 8 包宗宏 .化工计算与软件应用 .化学工业出版社 ,高等教育教材出版中心 .2013.
