隔壁塔分离BTX中热力学问题浅析.docx

PAGE \* MERGEFORMAT10 隔壁塔分离对二甲苯产品 摘要 对二甲苯是石油化工产业的基本有机原料之一，具有非常广泛的用途。而对二甲苯产品的分离是生产对二甲苯耗能最多的单元。其中最重要的是精馏过程。精馏是石油化工等工业过程中应用最广泛的单元操作之一，但其存在能耗高、热力学效率低的问题。随着能源危机与环保要求的日益突出，开发新型节能型精馏过程具有重要意义。其中隔壁塔作为完全热耦合的一种特殊结构，可以在一个塔壳内同时完成三组分的分离，具有设备投资少、能耗低的特征。 本文通过灵敏度分析来确定隔壁塔的操作参数，并应用热力学分析工具塔板有效能损失曲线(Stage Exergy Loss Profile)、塔的总复合曲线(Column Grand Composite Curve)来分析隔壁塔在分离对二甲苯产品中的能量利用效果。最后与传统精馏塔分离对二甲苯比较，体现隔壁塔的节能效果。 关键字：对二甲苯 隔壁塔 热力学分析 优化 1 前言 对二甲苯是石油化工产业的基本有机原料之一，可用于合成对苯二甲酸(PTA)、对苯二甲酸二甲酯(DMT)，具有非常广泛的用途。在生产对二甲苯产品过程中，分离过程所耗用的能源约占整厂总能耗的45％，而精馏长久以来作为化学工业中最重要的分离技术，对系统的技术经济指标起着重要作用。 隔壁塔（Dividing Wall Column，简称 DWC）属于完全热耦合的特殊类型。分壁精馏塔实质就是在塔内部增设一个竖立的隔板，将常规精馏塔的内部一分为二，在一个精馏塔内同时完成传质和传热过程。这样的结构省去了一个再沸器和一个冷凝器，从而节省了设备投资，同时由于热量在同一个塔内重复循环利用，因此也节省了能耗。 在传统精馏塔中，常用的热力学分析方法有塔板有效能损失曲线和塔的总复合曲线两种方法。塔板有效能损失曲线是通过计算塔内各板的有效能损失，从本质上揭示能量降质的原因，塔总复合曲线分析是假设精馏塔在接近可逆的状态，计算塔内各板理论的最小热能需求，绘制各板温度热焓图，可应用于最小回流比的优化分析与热集成分析。 通过隔壁塔与传统精馏塔分离效果的对比，体现隔壁塔在分离中的优势。 2 分离条件与模型确定 2.1分离条件 本文采用的为甲苯甲醇烷基化生产对二甲苯工艺在进入精馏之前的物流条件。具体的物流条件见表1和表2。 表1 进料参数 进料参数数值温度/℃41.9压力/kpa101.3气相分率0.004质量流率kg/h275922 表2 原料组成 组成质量流率 kg/h组成质量流率 kg/h苯679.33氢气1371.72甲苯181201.45甲烷0.15对二甲苯87348.17乙烯22.22间二甲苯1800.73丙烯18.10邻二甲苯400.75水3003.85C91371.72 2.2模型确定 2.2.1 热力学模型 表3 几种常用状态方程比较 状态方程特点RK 方程能够比较准确地描述非极性和弱极性化合物，但对于强极性及含有氢键的化合物则会产生较大的偏差PR 方程能更加准确地计算饱和蒸汽压、饱和液体密度等，PR 方程适合气体物系和炼油中的烃类物系分离工艺SRK 方程能准确的应用于非极性和弱极性化合物，并且提高了对极性物质及含氢键物质的 P-V-T 的计算精度表4 几种常用状态方程比较 状态方程特点NRTL 方程能准确地描述极性和非极性混合物的活度系数，适用于部分互溶体系UNIQUAC适用于包括分子大小相差较大的聚合物溶液以及有分层 的溶液等各种溶液，精确度比较高UNIFAC能较好地应用于汽液平衡、液液平衡、固液平衡、无限稀释活度系数以及混合液体超额焓的预测由于本体系主要是烃类物质，主要有苯、甲苯、二甲苯，极性较小，且包含有液体混合和气液平衡，因此选择NRTL-RK模型来进行模拟计算。 2.2.2 隔壁塔模型 由于直接采用MultiFrac模型模拟，其参数不容易确定，最重要的是其操作条件太多，不容易收敛，因此采用隔壁塔模拟分为三个步骤 REF _Ref436939525 \r \h \* MERGEFORMAT [1]： （1）使用DSTWU三塔模型简洁模拟 （2）使用RadFrac四塔模型进行严格计算，获取MultiFrac输入参数初值 （3）使用MultiFrac进行最终参数调优 具体的操作步骤及结果如下。 （一）隔壁塔三塔模型简洁计算 Daniel[2]等人首先通过DSTWU三塔模型进行简洁模拟，初步确定板数、进料位置、回流比等参数，为严格模拟提供合适的初值，从而保证严格模拟有较好的收敛性。图1为隔壁塔三塔模型。 图1 隔壁塔三塔模型 T1相当于预分离段