ASPENPLUS模拟氯乙烯精Word下载.docx

1、指导教师 刘兵 教研室主任刘兵 2010年10 月11 日 2010年10 月11 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由

2、学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期：摘要本课题研究的是电石乙炔法采用的精馏工艺，利用化工模拟软件ASPEN PLUS ，对氯乙烯精馏的过程进行模拟，选用了NRTL的物性方法。精馏全过程装置包括压缩机、全凝器、尾凝器、换热器、低沸塔和高沸塔等模块，并与实际数进行比较，模拟结果与实际的数据基本吻合。同时通过对高低沸塔进行了物料衡算和分析,得到精制单体的纯度99.28。最后通过对低沸塔和高沸塔的进料位置、回流比、塔顶馏出比和系统压力进行灵敏度分析，选择了最佳优化值，在产量不变的情况下，高沸塔塔顶的产品的质量提高到99.67，低沸

3、塔塔顶冷凝器的冷量消耗减少了17.4，再沸器蒸汽消耗量减少了10.1,降低了低沸塔操作费用，并降低了氯乙烯产品生产的成本。关键词：ASPEN PLUS,氯乙烯,精馏,模拟ABSTRACTThe project have researched distillation process of the calcium carbide acetylene, the process of the Vinyl chloride rectification wasSimulated ,and selected Physical properties of NRTL with the chemical sim

4、ulation software ASPEN PLUS , The whole process of distillation equipments including the units of compress, total condenser, last condenser, heat exchanger, low-boiler and high-boiler and so on , and have compared the actual values, the simulation values were basically consistented with the actual v

5、alues . At the same time, the tower of high-boiler and low-boiler were calculated and analyzed, the purity of monomers have refined 99.28. Finally The operation parameters of the high-boiler tower and low-boiler tower ,such as feed location 、reflux ratio and distillate to feed ratio were optimized ,

6、on the basis of sensitivity analysis, so have selected the best optimal value, on the precondition of guaranteeing the output of products, tower top product quality of high-boiler have improved to 99.67, the cool energy of the consumption of the condenser of the low-boiler was reduced by 17.4,whereb

7、y the steam consumption of the reboiler by 10.1,The operation expense of the low-boiler was reduced greatly and the cost of VCM products was also decreased.Keyword: ASPEN PLUS，vinyl, chloride, distillation, simulation目录摘要 VABSTRACT V第一章 ASPEN PLUS 模拟氯乙烯精馏的发展简况 11.1 软件的介绍 11.2 软件的应用 11.3 氯乙烯精馏的研究 11.

8、4 本课题的研究 2第二章 数据的采集和模拟的过程 22.1 工艺流程 22.2 采集数据 32.2.1 进料的组成 32.2.2 数据的操作参数 32.2.3 控制指标 3第三章 模拟的过程 43.1 ASPEN PLUS 的建模 43.1.1 物性分析 43.1.2 物性方法 43.1.3 物性的数据 53.1.4 模型的建立 53.2 模拟的过程 63.2.1 进料物的数据输入 63.2.2 压缩机数据的输入 73.2.3 全凝器的数据输入 73.2.4 尾凝器数据的输入 73.2.5 尾凝吸附器数据的输入 73.2.6 换热器数据的输入 73.2.7 低沸塔数据的输入 73.2.8 高

9、沸塔数据的输入 9第四章 模拟的结果 104.1 辅助设备的模拟结果 104.2 低沸塔的模拟结果 124.2.1低沸塔参数的模拟结果 124.2.2 低沸塔模拟结果的验证 134.3 高沸塔的模拟结果 144.3.1 高沸塔参数的模拟结果 144.3.2 高沸塔模拟结果的验证 15第五章 灵敏度分析 165.1 氯乙烯精馏因素的分析 165.2 低沸塔灵敏度分析 175.2.1低沸塔回流比的灵敏度分析 175.2.2 低沸塔进料位置的灵敏度分析 185.2.3 低沸塔馏出比的灵敏度分析 195.3 高沸塔的灵敏度分析 195.3.1高沸塔回流比的灵敏度分析 205.3.2 高沸塔进料位置的灵

10、敏度分析 215.3.3 高沸塔馏出比的灵敏度分析 215.4 系统压力灵敏度分析 225.4.1 低沸塔压力灵敏度分析 225.4.2 高沸塔压力灵敏度分析 235.5 优化的结果 245.6小结 24第六章 结论 25参考文献 26致谢 27第一章 ASPEN PLUS 模拟氯乙烯精馏的发展简况1.1 软件的介绍目前成熟的过程模拟软件包主要有PRO/II、ASPEN PLUS和HYSIM三种, 通过建立模型进行计算机运算，运用计算机数学模型来代替原过程，就是对原过程的计算机模拟，在己开发的模拟软件中，ASPE PLUS是较先进的一种，是一款功能强大的化工模拟软件包1-2，源起于美国，能源部

11、在七十年代后期在麻省理工学院MIT组织会战,要求开发新型第三代流程模拟软件.这个项目称为“先进过程工程系统”（ADVANCED SYSTEM FOR PROCESS ENGINEERING）简称ASPEN PLUS3。目前的版本配有完备的物性模型和全面的单元操作模型，并且具有方便直观的数据输入输出接口，可广泛用于各种流程的模拟计算4-5。流程模拟的优越性有以下几个方面6： 1、进行工艺过程的能量和质量平衡计算。2、预测物流的流率、组成和性质。3、预测操作条件、设备尺寸4、缩短装置设计时间，允许设计者快速地测试各种装置的配置方案。5、帮助改进当前的工艺。6、在给定的限制内优化工艺条件。7、辅助确

12、定一个工艺约束部位（消除瓶颈）。1.2 软件的应用当前化工过程稳态模拟主要应用于炼油、石油化工和化工领域，如常减压、加氢、催化裂化、气体分馏、芳烃分离、乙烯、环氧乙烷、天然气、油田气分离及合成氨等装置。在医药、农药、环保等行业也有一定的应用7。王彩红等8重点论述其在化工实验教学和科研生产中的应用，ASPEN PLUS 不但节约了实验成本， 解决了试验台套数不足等问题，并且还将实际案例应用于实验设计中， 使课程紧密贴 近实际化工过程， 减轻了计算工作量， 提高了设计效率和质量， 开阔了学生的视野和自主创新能力。谢扬9等应用ASPEN PLUS中的RADFRAC精馏模块对聚乙烯醇生产工艺中的甲醇一

13、水分离塔进行了模拟。陈林邦、翁照岳10对丙烯塔的模拟采用不同的热力学方程得到了结果, 用Chao-Seader方程计算的结果与设计数据吻合较好，塔顶塔底产物的组成也符合分离要求。1.3 氯乙烯精馏的研究氯乙烯的生产工艺中，低沸塔和高沸塔的精馏在整个流程最为关键，精馏的过程一般是在精馏塔内进行，利用混合物各个组分的挥发度的不同获取分离效果，精馏过程必须有的两个条件：上升的蒸汽和下流的液体。在氯乙烯精馏的过程中，气相中高沸点的组分和液相中低沸点的组分以相反的方向进行多次的冷凝和汽化，低沸塔除去低沸物，高沸塔除去高沸物，从而达到氯乙烯的精制。李群生、刘阳11等运用化工模拟系统中的RADFRAC精馏模

14、块对氯乙烯的高低沸塔进行模拟，讨论了回流比、进料位置、馏出比等参数对精馏的影响，低沸塔的回流比为6，进料位置选择第二块塔板，馏出比为0.2-0.3，高沸塔的回流比为0.5，的进料位置5-10塔板为宜，馏出比为0.95-0.98作为最优条件。获得了对氯乙烯具有指导意义的相关工艺数据。1.4 本课题的研究运用ASPEN PLUS化工模拟软件对氯乙烯精馏的过程及精馏塔的分析前人已做过一些，本课题重点在于ASPEN PLU中选取恰当的装置模块，对氯乙烯精馏过程进行完整模拟，得出稳定度数据，最后对低沸塔和高沸塔作灵敏度分析，优化操作参数，找出优化条件。第二章 数据的采集和模拟的过程2.1 工艺流程某公司

15、45kt/a生产工艺中精馏系统如图2.1所示：图2.1 VC精馏系统流程简图反应生成的粗氯乙烯水洗，碱洗后，经过压缩机,压缩后的气体进入全凝器冷却, 冷却的VCM液体进入低沸塔加料罐，未冷凝气体进入尾气冷凝器,其未凝尾气去吸附器, 尾凝器冷凝下来的VCM液体直接进入低塔加料槽，通过低沸塔分离低沸物C2H2等后，塔釜出料经过缓冲槽缓冲后作为进料进入高沸塔,分离高沸物EDC等,高沸塔塔釜产出EDC等副产品,塔顶产出VC。2.2 采集数据2.2.1 进料的组成进料的组成是模拟的基础，后续的单元操作中所有的物流组成基本都取决于此进料组成。进料流量为2424Nm3/h表2.1 进料的输入数据组分 分子式

16、 含量（摩尔百分比）VC C2H2Cl 0.85000C2H2 C2H2 0.00400HCl HCl 0.08000F12 CF2Cl2 0.00010DICHL 1.2-C2H2Cl2 0.00003EDC 1.1-C2H4Cl2 0.00060N2 N2 0.06289H2O H2O 0.002382.2.2 数据的操作参数保持产品质量合格，需稳定的操作参数表2.2 单元操作参数单元模型温度（）压力（MPa）备注进料低沸塔塔顶冷凝器低沸塔塔釜高沸塔塔顶冷凝器高沸塔塔釜10213816330.1040.5070.5660.3020.395108.21kmol/hr2.2.3 控制指标要稳定

17、单元操作，需要调节一些参数，并控制这些变量在允许的范围内波动:表2.3 控制的指标指标控制 参数范围低沸塔塔釜温度 35-45 低沸塔塔顶温度 20-30低沸塔压力 0.4-0.6 MPa（表压）高沸塔塔釜温度 35-40高沸塔塔顶温度 15-30 高沸塔压力 0.25-0.4 MPa（表压）分馏热水温度 68-72气吸附前VC含量 12%气吸附后VC含量 1.5%精制单体中C2H2含量 0.001%单体中二氯乙烷含量 99.28%第三章 模拟的过程3.1 ASPEN PLUS 的建模3.1.1 物性分析粗氯乙烯中除了主要成分氯乙烯以外，还有乙炔、氯化氢、二氟二氯甲烷、氮气以及水蒸汽等杂质。表

18、3.1 模型的组分ID 组分 分子式VC 氯乙烯 C2H3ClC2H2 乙炔 C2H2 HCl 氯化氢 HClF12 二氟二氯甲烷 CF2Cl2DICHL 1.2-二氯乙烷 1.2-C2H2Cl2EDC 1.1-二氯乙烷 1.1-C2H4Cl2N2 氮气 N2 H2O 水 H2O图3.1 组分的输入3.1.2 物性方法在ASPEN PLUS中选择适当的物性方法是比较重要的，物性方法的适当与否关系到模型的准确性,物性方法的选择是有一定的准则的,本课题采用的物性方法为NRTL活度系数模型。图3.2 物性方法的输入3.1.3 物性的数据ASPEN PLUS的物质数据库中包含了很多普通物质的物性数据，

19、根据模型的需要来自动调取计算，本流程模拟采用的是ASPEN的默认数值。3.1.4 模型的建立表3.2 模块的选择流程号装置ASPEN 模块COMP压缩机压缩气体提高压力FL1全凝器FLASH2冷凝分离气体FL2尾凝器深冷继续分离FS尾凝吸附器SEP吸附分离不凝气体HEATER换热器提高低沸塔进口温度T1FEED低沸塔加料罐MIXER缓冲加料T1底沸塔FADFRAC分制精馏粗氯乙烯T2FEED高沸塔加料罐T2高沸塔精制氯乙烯产品3.2 模拟的过程图3.3 流程模拟图3.2.1 进料物的数据输入表3.3 进料物数据的输入模型 压力（MPa） 温度 （） 进料量（kmol/hr） 进料 0.104

20、10 108.21图3.4 进料数据的输入3.2.2 压缩机数据的输入经过水洗和碱洗的粗氯乙烯气体，进入压缩机进行压缩，经压缩到0.50MPa-0.60MPa进入到全凝器和尾凝气冷凝，设定数据如下：表3.4 压缩机的输入数据压力 MPa（表压） 气相分率0.5 13.2.3 全凝器的数据输入经压缩的气体进入全凝器用0的盐水冷却，使大部分氯乙烯气体液化，设定数据如下：表3.5 全冷凝器输入数据温度 压力23.6 0.507MPa（表压）3.2.4 尾凝器数据的输入全凝器中未冷凝的气体进入尾凝气，用-25的盐水进行深冷，是氯乙烯冷凝液化，设定参数如下：表3.6 尾凝器输入数据-14 0.5MPa（

21、表压）3.2.5 尾凝吸附器数据的输入尾凝器冷凝后的不凝气体送到活性炭吸附器进行吸附，未吸附的残气直接放空，而吸附后的VCM气体经过解吸后循环送压缩机压缩，设定参数如下：表3.7 尾气吸附器的输入数据组分 设定 数值VC 分离比率 0.93.2.6 换热器数据的输入全凝气和尾凝器冷凝下来的VCM进入低沸塔加料罐，分离水分后进入换热器，使VCM液体的温度达到20-40，设定参数如下：表3.8 换热器输入数据40 0.507MPa（表压）3.2.7 低沸塔数据的输入经过换热器的VCM液体直接进入到低沸塔，低沸塔塔釜用70热水将凝液加热汽化，塔顶冷凝器控制的回流液在塔内进行多次汽化冷凝，分离低沸点物

22、，由低沸塔塔顶引出的含一定量氛乙烯的低沸物气体与全凝器未凝气体汇合，进入尾凝器再次冷凝，设定参数如下：表3.9 低沸塔输入数据项目 数据塔板数 35冷凝器 Partial-Vapor再沸器 Kettle回流比 6流出物与进料比 0.25 进料位置 2 1 0.507（MPa）（表压）压力剖型 2 0.512（MPa）（表压） 3 0.566 （MPa）（表压） 图3.5 基本参数的输入图3.6 进料位置的输入图3.7 压力的输入3.2.8 高沸塔数据的输入经低沸塔除去乙炔等低沸物的粗产品利用压差进入高沸塔，高沸塔塔釜由70热水加热使单体汽化，经塔身分离成精氯乙烯，塔顶冷凝器控制冷凝部分回流液体

23、外，大部分气体进入成品冷凝器冷凝成粗氯乙烯单体，进入氯乙烯储槽，设定参数如下：表3.10 高沸塔输入数据塔板数 42冷凝器 Total回流比 0.5流出物与进料比 0.98进料位置 26 1 0.302（MPa）（表压）压力剖型 2 0.315（MPa）（表压） 3 0.40 （MPa）（表压）图3.8 基本参数的输入图3.9 进料位置的输入图3.10 压力的输入第四章 模拟的结果4.1 辅助设备的模拟结果全凝气、尾凝器、尾凝吸附器、压缩机的输出、换热器进料的输出结果如下：表4.1 辅助设备物料数据的输出由表4.1可知，全凝器FL1-IN的进料为110.44kmol/hr,塔顶FL1-G的蒸汽

24、流量为57.39kmol/hr，塔釜FL1-L的流出量为53.0584kmol/hr进入尾凝器，尾凝器FS冷凝后的不凝气体的流出量为13.4766kmol/hr，压力和温度与实际的数据吻合，吸附前VCM的进料量为2.4792kmol/hr,吸附前含量12,因此，辅助设备模拟的流程是恰当的。4.2 低沸塔的模拟结果4.2.1低沸塔参数的模拟结果低沸塔的塔顶和塔底的基本参数的输出结果如下：图4.1 塔顶数据的输出图4.2 塔釜数据的输出低沸塔物料的输出结果如下：表4.2 低沸塔物料数据的输出 由表4.2可知,低沸塔进料量T1-IN为112.6319kmol/hr,其中塔顶T1-D为30.65798

25、kmol/hr的出料量进入尾凝器,塔釜T1-B为91.97395kmol/hr的出料量进入高沸塔，塔顶冷凝器的热负荷为-0.9065MMkcal/hr,塔釜再沸器的热负荷为0.917MMkcal/hr,塔顶的压力为0.507MPa,塔釜的压力为0,566MPa,塔顶的温度为21.2，塔釜的温度为37.6。4.2.2 低沸塔模拟结果的验证各组分的摩尔比输出如下：表4.3低沸塔各组分出料的摩尔百分比组分 塔顶（摩尔百分比） 塔釜（摩尔百分比） 模拟值 模拟值 C2H3CL 0.18404912 0.81595088C2H2 1 1.2763e-30HCL 1 6.7144e-32F12 0.891

26、23018 0.10876982DICHL 0.00562332 0.99437668EDC 0.00108464 0.99891536N2 1 4.2135e-35H2O 1.2505e-05 0.99998749 将低沸塔模拟的数据和实际采集的数据作以比较，结果如下：表4.4 低沸塔参数的模拟结果项目 采集数据 模拟数据 范围回流比 6 6 6-9实际板数 35 35 塔顶温度 23.5 21.2 20-30塔釜温度 38 37.5 35-45塔顶压力MPa 0.507 0.507 0.4-0.6 塔釜压力MPa 0.566 0.566 0.4-0.6 由表4.3和表4.4可知，低沸塔模拟

27、的数据与实际采集的数据相比，基本吻合，塔釜中乙炔的含量0.001,因此,模拟恰当。4.3 高沸塔的模拟结果4.3.1 高沸塔参数的模拟结果高沸塔的塔顶和塔底的基本参数的输出结果如下：图4.3塔顶数据的输出图4.4塔底数据的输出高沸塔物料的输出结果结果如下：表4.5 高沸塔物料数据的输出结果 由表4.5可知，高沸塔进料量T2-IN为91.97395kmol/hr,其中塔顶T2-D为90.13447kmol/hr的产品出料,塔釜T2-B为1.839479kmol/hr的高沸物，塔顶冷凝器的热负荷为-0.671MMkcal/hr,塔釜再沸器的热负荷为0.612MMkcal/hr,塔顶的压力为0.302MPa,塔釜的压力为0.395MPa,塔顶的温度为16，塔釜的温度为31.8。4.3.2 高沸塔模拟结果的验证表4.6 高沸塔出料的模拟结果C2H3Cl 0.99348182 0.00651818F12 3.5142e-06 1DICHL 9.2673e-09 1EDC 3.6035e-18 1H2O 1.2642e-35 1将高沸塔模拟的数据和实际采集的数据作以比较，结果如下：表4.7高沸参数模拟结果回流比 0.5 0.5 0.3-0.