偏氟乙烯生产过程仿真研究和优化.doc

郑根土 （巨化集团公司锦纶厂 ，浙江 衢州 324004） 摘 要 以 1-氯 -1,1-二 氟 乙 烷 （HCFC-142b）为原料热裂解生产偏氟乙烯 （VDF）的 生 产 数 据 为 基 础 ，运 用 化 工 稳 态 模 拟 软 件 ASPEN Plus 建 立 了 从 HCFC-142b 裂 解 生 产 VDF 产 品 的过程的仿真模型 。 结 果 表 明 ，在保持原有设备不变 、原 料流量不变的情况下 ，认 为 该 塔 最 佳进料位置为第 10～12 块 ，产 量 可 以 提 高 3.2%；在 VDF 精馏塔侧线采出 VDF 产 品 的 改 进 工 艺 ，可 减 少 1 个低沸物分离塔 ；改 进 工 艺 中 VDF 精馏塔的最佳进料位置为第 18 块 板 ， 最 佳 侧 线 出 料 位 置 为 第 4 块 板 ，并给出了产品纯度 、CO 的 脱 除 率 、冷凝器热负荷等参数随 回 流 比 增 大 而 变 化 的 对 应 关 系 。 所建立的仿真模型关键参数的误差在 0.5%以 内 ，能 够 很 好 地 反 应 实 际 生 产 过 程 。 关 键 词 偏 氟 乙 烯 ；1-氯-1,1-二 氟 乙 烷 ；热 裂 解 ；ASPEN Plus；仿 真 中 图 分 类 号 TQ222.4+23，TQ018 文 献 标 识 码 A DOI 10.3969/j.issn.1006-6829.2011.05.003 偏 氟 乙 烯 （VDF）是重要的含氟烯烃单体 ，主 要 用于生产聚偏氟 乙 烯 （PVDF）树 脂 、氟 橡 胶 （FKM）以 及含氟共聚物如偏 氟 乙 烯-六 氟 丙 烯 （VDF-HFP）、 偏 氟 乙 烯 -三 氟 氯 乙 烯 （VDF-CTFE）、 偏 氟 乙 烯 - 四 氟乙烯-六氟丙烯 （VDF-TFE-HFP）等。 最近还出现 了 1 种称为热塑料的塑料弹性体 ，是 以 VDF 共 聚 弹 性体为主链 ，接枝上 PVDF 热塑性塑料支链而成[1-4]。 VDF 最 初 由 F Swarts 于 1901 年 将 1,1- 二 氟 - 2-溴乙烷与戊酸钠反应首次合成 ，但在其后将近半 个世纪内并没有 将其当作一种重要的化学产品 ，研 究工作几乎没有进展 。 直到 1946 年，美国杜邦公司 用二氟二氯乙烷加热脱氯化 氢 制 得 VDF。 1 - 氯 - 1,1- 二 氟 乙 烷 （HCFC-142b） 脱 HCl 法 制 备 VDF 工 艺路线已经成为 工业上应用最广泛的 VDF 的 生 成 方法[5-8]。 本文采用的工具为化工过程稳 态 模 拟 软 件 AS- PEN Plus 就 HCFC -142b 脱 HCl 法 生 产 VDF 工 艺 过程进行仿真与优化研究 。 后进裂解反应器 R1200，裂解后冷却 ，进入 HCl 洗涤 塔 、碱 洗 塔 ，压 缩 冷 凝 ，干 燥 得 到 VDF 粗 产 品 。 VDF 粗产品进入低 沸 物 分 离 塔 ， 再 进 入 VDF 精 馏 塔 ，得 到纯 VDF 产品。 运用 ASPEN Plus 模拟 VDF 工业过程如图 1。 为准确而又客观地反映实际生产过程 ， 以 生 产 过程中需要严格控制的关键参数如关键组分的含量 和流量 、 灵敏板温度等作为整定仿真模型参数 的 基 准；在此基础上 ，其他参数则以仿真模型的计算结果 为准[2,9]。 1.2 反应器模块参数的整定 反 应 器 （R1200）以 1 台计量反应器 代 替 。 由 于 计量反应器自身的特点 ， 仅需考虑反应模块的 进 出 口原子平衡 、质量平衡和能量平衡 。 因此，根据反应 器出口产物的组成来 “设 计 ”反 应 方 程 式 ，并 依 据 出 口产物中各组分 的流量整定各个反应的转化率 ，尽 量使经整定之后的反应器出口产物与提供的数据一 致。 经过整定参数之后的计量反应器模型能够很好 地体现经反应器 单元操作模块后的出口工艺流股 ， 为后续的净化分离过程提供保证 。 1 仿真模型的建立与求解 1.1 模型的建立 HCFC-142b 裂 解 制 VDF 工段的工艺过程是液 态 HCFC-142b 蒸 发 器 至 汽 态 ，预 热 ，与 水 蒸 汽 混 合 1.3 后续塔设备参数的整定 水洗塔 、 碱洗塔单元操作模块几乎没有可 调 节  图 1 VDF 部分流程仿真模型的拓补结构 Fig 1 Topology structure of VDF flow simulation mode 设定干燥效果 ，通过调整参数 ，经模拟计算即可与实 际 生 产 过 程 相 一 致 。 低 沸 物 分 离 塔 （C120