《化工工艺与设备设计》丙烯醇分离单元模拟与优化.docxVIP

化82第八小组 化设第二次大作业（模拟） 何帅 王靖 褚一峰 林心婷 何博阳 刘宇 PAGE7 / NUMPAGES7 丙烯醇分离单元模拟与优化 化82 第八小组 1 设计目标 丙烯醇的合成是醋酸丙烯酯法生产ECH的第二个工段，包括醋酸丙烯酯水解反应系统和丙烯醇分离单元。来自醋酸丙烯酯合成工段的粗醋酸丙烯酯（含有水、醋酸丙烯酯、少量醋酸及轻组分），在水解反应系统中部分转化为丙烯醇。水解反应产物进入丙烯醇分离单元，分离出丙烯醇送往氯化工段，未反应的醋酸丙烯酯返回水解反应器，同时回收醋酸循环回氧乙酰化反应器。 丙烯醇分离单元的设计目标如下： （1）丙烯醇的精制，主要是实现丙烯醇与醋酸丙烯酯的清晰分割； （2）水解反应副反应醋酸的回收； （3）轻组分杂质的脱除； （4）未反应醋酸丙烯酯循环。 2 分离方案 （1）物性分析 丙烯醇的分离是整个工艺的难点。由于丙醇醇、醋酸丙烯酯和水存在比较复杂的共沸关系，因此如何进行组分切割是分离方案的关键。首先利用Aspen分析了各组分及共沸物的沸点关系（1atm），如下表： 纯物质沸点/℃共沸物组成（摩尔分数）沸点/℃醋酸（AA）118.2水—AAC水 0.71794.0水100AAC 0.283醋酸丙烯酯（AAC）104水—AAL水 0.55688.6丙烯醇（AAL）97AAL 0.444从表中数据可以得到，醋酸是该体系的最重组分，且不会形成共沸物，可以在某个塔的塔底得到纯净的醋酸。丙烯醇在四种纯物质中沸点最低，但由于其与水形成的共沸物是该体系的最轻组分，所以无法（实际上也不需要）得到纯的丙烯醇，可以将丙烯醇-水的共沸物从某个塔的塔顶馏出。醋酸丙烯酯纯物质虽沸点较高，但同样可与水形成沸点较低的共沸物。因此，在丙烯醇和醋酸丙烯酯的分离中，应该利用它们与水的共沸物性质的差异。 （2）分离方案 根据各组分的沸点差异，初步确定了如下的分离方案： 水解反应产物首先进入醋酸回收塔，AAC和AAL与水的共沸物从塔顶馏出，在塔底得到较为纯净的醋酸循环回氧乙酰化反应器。考虑到氧乙酰化反应和水解反应可能产生的轻组分杂质，醋酸回收塔塔顶共沸物在轻组分塔中脱除轻组分后，进入丙烯醇精制塔。利用AAC-水和AAL-水两种共沸物沸点差异，在丙烯醇精制塔塔顶得到纯净的丙烯醇水溶液，塔底采出醋酸丙烯酯和水，循环回水解反应器。 3 模拟计算及优化 （1）醋酸回收塔T-201 首先利用RadFrac模块对醋酸回收塔进行了初步的尝试。在回流比为3的条件下，得到塔顶采出量与塔底AAC、AAL浓度的关系如右： 随馏出量增加，塔底AAL含逐渐下降，这是容易理解的，因为AAL-水共沸物是该体系的最轻组分。但塔底AAC含量却有一个先上升后下降的趋势。可从进料组成分析这一过程： 组分AAAACH2OAAL摩尔流量kmol/hr64.2113.2126.959.9摩尔分数0.1760.3110.3480.164随馏出量增加，塔顶最先得到的AAL-H20共沸物，为蒸出59.9kmol/hr的AAL，需要同时蒸出75kmol/hr的水，其后蒸出的应为AAC-H2O共沸物，但蒸出113.2kmol/hr的AAC，需要携带287kmol/hr的水，显然，进料中的水是不够的。塔内实际会发生的过程是先馏出AAC-H2O的共沸物，当釜液中的水耗尽时，开始馏出AAC的纯物质。在这种情况下，发现塔底AAC浓度很难达到很低的数值，分离效果不佳，且塔的操作温度提高，再沸器、冷凝器的负荷较大。 造成上述情况的原因是没有考虑到蒸出的共沸物冷凝后分相的问题。在实际过程中，回流罐中的液体如果分为两相，则回流和采出将难以操作和控制。通常的做法是用倾析器代替回流罐，倾析为两相后一相作为回流，而另一相作为产品采出。于是，将T-201塔顶馏出气体冷凝后倾析为两相，水相作为回流，而油相送往轻组分塔。在这种情况下，富含AAC、AAL的共沸物不断从塔顶抽出，而水相回流保证了塔釜的水量，可以不断携带出含水的低沸物。通过模拟计算比较在上述两种情况下T-201的若干参数（以相同的醋酸回收量作为基准）。 参数非水相回流水相回流分离效果 （摩尔分数）塔底AAC5.48E-031.00E-05塔底AAL7.17E-051.14E-09能耗/KW再沸器负荷13497.86180.0冷凝器负荷-13135.9-6357.6设备参数塔径/m3.81.6 对T-201塔的设计结果可总结如下：塔顶馏出共沸物冷凝后倾析为两相，富含AAC、AAL的油相送往轻组分塔，水相回流保证了不断将AAC以沸点较低的共沸物形式从塔顶采出。通过设计规定“塔底A