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1、*环丁砜芳烃抽提的流程模拟王强温晓明费维扬（清华大学化学工程系萃取实验室北京100084）摘要本文对环丁砜芳烃抽提的流程进行了全面深入的分析，建立了相应的单元操作模型和结构模型，并采用序贯模块法进行求解，开发了环丁砜芳烃抽提专用流程模拟软件。结合某厂环丁砜芳烃抽提装置的技术改造，利用本文所开发的软件对装置改造后的标定数据进行了核算，计算结果与操作数据吻合较好。关键词：芳烃抽提，化工流程模拟一、前言芳烃抽提是重要的石油化工过程，它采用萃取的方法分离加氢汽油、重整油等含芳原料中的芳烃和非芳烃。环丁砜作为芳烃抽提的溶剂具有溶解能力大、选择性高、稳定
2、性好和易于回收等诸多优点，因此该工艺自六十年代初工业化以来得到了迅速的推广应用，我国也已先后引进了数套环丁砜芳烃抽提装置，取得了[1]良好的经济效益。但是由于存在着以下困难，环丁砜芳烃抽提的流程模拟一直未能很好地实现：1.环丁砜芳烃抽提体系复杂，非理想性严重。整个体系含有多达数十种的烷烃、环烷烃和芳烃，且沸点相差很大；又由于环丁砜和水的加入，使得体系具有严重的非理想性，计算比较困难。2.缺乏必要的基础数据，如环丁砜的物性、传递性质以及相关的热力学参数等。3.流程结构复杂。由于物料和能量的综合利用，使得流程中含有多条再循环回路，各设备之间相互联
3、系、相互影响，增加了模拟的困难。正是由于以上原因，一些通用的化工流程模拟系统无法直接用于该流程的模拟计算，而在引进设备时，国外承包商也未能提供相应的数据和计算[1]方法。为了完成对引进设备的消化吸收，进行环丁砜芳烃抽提装置的优化操作和设计，有必要开发一套专用的环丁砜芳烃抽提流程模拟系统。二、流程概述*本文得到国家自然科学基金的资助和国家重点化学工程联合实验室的支持。环丁砜芳烃抽提装置主要由抽提塔、汽提塔、溶剂回收塔、水汽提塔、溶剂再生塔、抽余油水洗塔、抽余油分馏塔等分离设备，以及有关的热交换设备和流体输送设备组成。整套流程中含有近30个单元操
4、作设备和近50条流线，包括烃循环、溶剂循环和水循环等三类循环回路，是一个复杂的分离过程，并且由于原料和分离要求的不同，各厂的实际流程还不尽相同。图1为某厂环丁砜芳烃抽提装置的流程示意图。图1环丁砜芳烃抽提流程示意图三、模型与算法清华大学萃取分离实验室在环丁砜芳烃抽提过程的热力学与动力学、抽提设[2-7]备的性能和物性数据测定等方面进行了系统的实验研究，并开展了有关分离[8]塔设备计算机辅助设计的研究。在此基础上，本文对环丁砜芳烃抽提流程进行了全面深入的分析，开展了环丁砜芳烃抽提专用流程模拟系统的研究开发工作。1.热力学模型考虑到环丁砜芳烃抽提
5、装置在中低压下操作，选择两项VIRIAL方程描述气[9]相的非理想性，并用Hayden和O’Connell的一般化方法计算第二VIRIAL系数。液相非理想性的描述采用UNIFAC基团贡献法，由于流程中同时包含有精馏和萃取操作，在进行汽液平衡和液液平衡的计算时分别采用相应的UNIFAC基团交互作用参数。2.单元操作模型对环丁砜芳烃抽提流程中所包含的各类单元操作进行了详细的分析，分别建立了流股分割器、流股混合器、水冷（热）器、换热器、液液等温分相器、精馏塔和萃取塔等七类单元操作模型。经过分析，发现环丁砜芳烃抽提流程模拟结果的准确与否主要取决于其中
6、塔设备的模拟计算情况，因此对流程中的各类精馏塔和萃取塔进行了详细的分析，建立了统一的多组份逆流分离的复杂塔模型，如图2所示。V1F11S12Lj-1Vjxij-1,Hlj-1yij,Hvjj-1GjFjFjjGjZfij,HfjjQjSjSjj+1LjVj+1xij,Hljyij+1,Hvj+1N-1FNNGNLN图2通用模型塔该模型塔描述如下：(1)塔具有N块板，编号从塔顶至塔底依次为1,2,…,N。对于有冷凝器和再沸器的情况，二者分别为第1和第N块板。塔处理的体系包含M个组份。(2)对第j块板，有一股进料Fj，其组成为Zfij；一股汽相（
7、轻相）采出Gj；一股液相（重相）采出Sj。该板的加热量为Qj。规定G1=0，SN=0。(3)离开第j板的汽相（轻相）流量为Vj、组成为yij；离开第j板的液相（重相）流量为Lj、组成为xij。上面叙述中，j=1,2,…,N；i=1,2,…,M。根据不同的操作情况将塔设备的工艺计算分为四类：使用分凝器的精馏塔（A类）、使用全凝器的精馏塔（B类）、提馏塔（C类）和萃取塔（D类），如表1所示。对有冷凝器的精馏塔定义回流比R如下：L1R=VS+11表1塔设备工艺计算的分类塔类型ABCD已进料情况各板进料流量Fj及进料组成Zfij(i=1,…,M;j=
8、1,…,N)知侧线采出各板侧线采出流量Gj、Sj(j=1,…,N)的压力各板压力Pj(j=1,…,N)条加热情况Qj(j=2,…,N-1)Qj(j=1,…,N-1)
