乙腈精制过程优化研究.pdf

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1、化工自动化及仪表第38卷乙腈精制过程优化研究魏奇业1杨树林2魏毓良1(1．吉林化工学院．吉林吉林132022；2．中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京100083)摘要运用AspenPlus模拟平台的优化功能，以能耗最小为目标，产品质量为约束，建立了乙腈精制工艺的全漉程优化模型。模拟优化结果同时得到了所有调节变量的最优操作点，为装王的整体设计和操作优化提供了依据。关键词乙腈精制过程模拟参教优化中图分类号TPl5文献标识码A文章编号1000—3932(2011)09-1104-04乙腈主要用作医药和石油化工行业的溶剂，也是一些化工产品的生产原

2、料，主要来源于丙烯氨氧化法生产丙烯腈的副产物，每吨丙烯腈可副产约30kg乙腈。副产的粗乙腈中含有水、氢氰酸、丙烯腈、嗯唑、丙酮及丙腈等杂质，需要精制后才能使用。目前国内乙腈精制技术存在产品纯度低、乙腈回收率低、物耗和能耗高以及装置经济效益差等问题，虽然有研究者运用模拟技术对乙腈精制工艺进行分析⋯，也有研究者对该工艺进行了改进¨o，但目前尚无对乙腈精制过程进行系统整体优化研究的报道，也鲜有对产品质量及收率等相关问题的定量化研究报道。某公司拟进行420kt／a丙烯腈装置扩建，乙腈精制装置第一生产线也要随之扩建，需要对该过程进行优化设计。模拟和优化技

3、术是研究复杂化工过程的有效手段¨1，笔者旨在运用模拟技术对某工程公司的乙腈精制工艺流程进行优化研究，在特定的乙腈产品收率下，以乙腈产品中嘌唑及丙腈等杂质含量为约束，优化各精馏塔的操作条件和循环物流量，为装置的整体最优设计和操作优化提供依据。1乙腈精制流程简介某工程公司粗乙腈精制工艺的流程如图l所示。装置由脱氢氰酸塔、化学处理单元、干燥塔和成品塔4个部分组成。来自丙烯腈装置的粗乙腈料(乙腈质量分数约为50％)直接送入脱氢氰酸塔，从塔顶蒸出的大部分氢氰酸和其它轻组分杂质送焚烧处理工序，含少量乙睛的釜液直接送污水处理工序。脱氢氰酸塔提馏段侧线气相抽出

4、接近乙腈和水共沸组成，含嚅唑、丙腈和少量丙烯腈、微量氢氰酸的图l乙腈精制工艺流程简图乙腈物料，送往化学处理单元。脱氢氰酸塔侧线气相抽出料在化学处理单元中与一定量的氢氧化钠溶液混合，料液中的丙烯腈和氢氰酸反应，生成稳定的高沸点物质。由于过量氢氧化钠的存在，剩余的游离氢氰酸以氢氰酸钠的形式存在。化学处理后的乙腈料液进入干燥塔进行减压共沸蒸馏，塔釜分离出丙腈、部分水和重组分杂质，釜液排至污水处理工序。在干燥塔中，唔唑随乙腈和水的共沸物从塔顶蒸出，馏出物进入成品塔，在成品塔中进行加压共沸蒸馏。成品塔提馏段侧线气相抽出脱除水的高纯度成品乙腈，釜液返回干燥

5、塔回收乙腈。成品塔塔顶馏分中主要含有乙腈和嗯唑，为了回收乙腈，该股物流需要在系统中循环，即返回到干燥塔重新进行蒸馏。为防止嗯唑在系统中循环累积而影响产品质量，采取将成品塔顶少量物料返回到脱氢氰酸塔的措施，进一步除去杂质。在该流程中，利用减压、加压共沸蒸馏原理，由干燥塔和成品塔共同完成乙腈脱水任务。在现有的乙腈精制流程中，绝大部分的嚼唑只能随轻组分杂质在脱氢氰酸塔顶作为不凝气体收稿日期：201l-04-22第9期魏奇业等．乙腈精制过程优化研究排放。嚼唑的沸点与丙烯腈和乙腈的接近，如果把嗯唑作为轻组分一次性在脱氢氰酸塔全部随氢氰酸一起脱除，则会夹带

6、较大量的乙腈，严重影响乙腈的收率，同时对分离设备的要求也极其苛刻。因此，可在循环中由脱氢氰酸塔和成品塔共同完成脱除嚼唑的任务，以提高产品质量HJ。2流程模拟图2是根据图l所示的工艺流程在AspenPlus中建立的模拟模型，热力学方法选用液相活度系数法NRTL方程。为了计算准确，热力学方程选用二元交互作用参数。为简化计算，流程中的化学处理单元在模型中用组分分离模块替代。图2乙腈分离工艺的模拟模型作为基础工况，模拟模型的初始参数按照工程公司提供的工艺包设定(乙腈收率为85％)。模拟中脱氢氰酸塔T7101采用常压操作，干燥塔T7102的操作压力为22

7、．3kPa，成品塔T7103的操作压力为544．3kPa。在模型中，针对各塔选定了适宜的计算方法和迭代次数，全流程模拟采用直接迭代法。在工程公司提供的工艺包中，嗯唑在干燥塔底全部得到脱除，这一结果不符合热力学原理，笔者对此进行了修正。表l是各塔的计算结果，相关物流的流量值在后面以对比的形式给出。对各塔进行水力学计算是为了观察参数优化后设备尺寸的变化情况，以便比较优化前、后的设备投资，同时也为设备设计提供依据。由于只需对设备投资进行较为粗略的估算，因此笔者计算出的塔径数值没有进行圆整。表1基础工况各塔计算结果通过计算可以发现，影响产品乙腈质量的杂

8、质主要有嗯唑和丙腈，在计算结果中嚼唑和丙腈的质量分率分别为1．57×10。4和6．80X10一。优化研究时模型中的调节变量需要在一定范围内变化，因此对