試論工藝模擬對精餾塔設計的影響

張歡歡 方磊（浙江工程設計有限公司，浙江杭州310002）

試論工藝模擬對精餾塔設計的影響

張歡歡 方磊（浙江工程設計有限公司，浙江杭州310002）

隨著計算機技術的不斷進步，各類模擬軟件相繼出現，為生產中的工藝模擬操作奠定了有利的基礎。本文將基于工藝模擬對精餾塔設計的影響這一角度展開相應的探討，以期能夠為業內人士提供一些有益的參考。

工藝模擬；精餾塔設計；影響

一、傳統設計思路及其不足

時至今日，精餾設備的設計在很大程度上仍受傳統設計思路的影響，先完成平衡級工藝模擬工作，再完成精餾塔的設計及后續的校核工作。其弊端在于，工藝計算的過程中，在一定程度上忽略了設備的實際可操作性，如塔泄露所帶來的影響，而此類問題又往往是工藝計算環節所無法兼顧的。在常壓塔、加壓塔的設計中，此類設計思路影響不大；在減壓塔設計中，因為壓力將會給氣體密度帶來一定程度的影響，所以，操作、設計二者無法有效吻合的事件時有發生。所以，在設計減壓精餾塔的過程中，應綜合考慮工藝、設備的并行問題，并采取適當的模擬方法予以驗證［1］。

二、工藝、設備并行問題模擬研究

塔板本身的操作性能將會對塔內氣液負荷產生一定的影響，分別是塔板壓降、霧沫夾帶以及泄露問題。當前所采用的穿流塔板是一種具有全泄露性能的塔板，因而泄露影響微乎其微［2］；對新設計的精餾塔進行研究發現，其操作點普遍不高，即安全系數普遍較高，因而霧沫夾帶影響也是微乎其微，值得注意的是，當塔板操作被置于高負荷狀態時，則需關注這一問題。

1.傳統設計思路中并行工藝計算及編程

在傳統設計思路中，其工藝計算并沒有結合精餾塔的實際構型問題，所以，在工藝計算及編程環節應于MESH方程組的物料平衡研究中添加霧沫夾帶及泄露這二者的影響，另外，在確定每板實際壓力時，應考慮塔板壓降的計算。在初值賦值方面，前者通常為0，而后者則根據傳統方法及操作者的經驗確定，如此一來，在很大程度上提高了迭代收斂的實際難度。所以，建議如下方法：第一步，非并行模擬；第二步，塔板水力學影響的迭代計算；第三步，最迭代結果進行科學驗證［3］。

2.在模擬軟件的幫助下實施并行工藝計算

流程模擬軟件的性能是毋庸置疑的，對常規工藝進行描述時，不僅能夠保證精度的要求，同時還能夠保證可靠性的要求，所以，在工藝、設備的并行模擬中，合理引入并應用流程軟件便顯得尤為重要了。

實踐表明，在精餾塔氣液摩爾流率的諸多影響因素中并不包括操作壓力這一項，所以，在工藝模擬的具體環節，僅需對精餾塔的各項操作條件進行明確規定，便可直接確定塔內氣液的實際摩爾流量。在流程模擬軟件的幫助下，開展并行模擬操作時，一般執行以下方法和步驟：1）對常規條件下的平衡級流程予以模擬計算，同時對精餾塔板進行設計；2）確定霧沫夾帶、泄露這二者可能會對液相負荷迭代造成的影響。在流程模擬軟件的幫助下，對各板的霧沫夾帶及泄露展開相應的計算；對于常規精餾塔而言，無論是精餾段，又或者是提餾段，二者各自的氣液負荷均較為平穩，因此，可將計算結果直接加入前面提到的流程模擬的結果，并予以多次計算，當結果完全一致，又或者是收斂時，再進入到壓力迭代計算；3）壓力對氣、液相分子量的影響微乎其微，對液相密度的影響也是如此，再加上液相負荷相對穩定，所以，以氣相負荷為目標對象，對其展開壓力迭代計算即可。實際操作方法是，對塔內件壓漿關聯進行相應換算，進而得到氣液質量流率表征方程，根據模擬得到的質量流率，對整個精餾塔展開氣相密度迭代，便能夠獲得理想的預期效果；4）根據并行模擬操作得到的氣液負荷數據，對塔板設計進行相關校驗［4］。

三、Aspen Plus軟件及其應用

1.軟件簡介

Aspen Plus是一款基于化工生產工藝模擬而開發的軟件，不僅擁有相對完善的物性數據庫、高效的熱力學計算系統，同時還擁有一系列相對獨立的單元操作模塊。在化工工藝設備的設計及安裝環節，Aspen Plus以其強大功能具有十分重要的應用價值，且能夠和其他相關軟件形成有機配合，從而將一系列模型功能清晰地顯示到工程桌面上去，從而為企業創造更大的經濟價值。

2.Aspen Plus的使用方法

Aspen Plus的使用方法：1）定義模擬流程；2）設置模擬參數；3）模擬分析；4）模擬結果的輸出。

現通過Aspen Plus軟件對某化工企業的精餾操作予以模擬與分析。該精餾塔一共包含13塊理論板，重點在于塔頂冷凝器、塔釜再沸器這兩大部分，用以實現對甲苯和苯的有效分離。具體操作如下：1）泡點進料，進料量控制為110kmol/h；2）進料苯的摩爾分數控制為40%；3）塔頂將會獲得96%的苯；4）塔釜液中的實際苯含量將會被控制在4%以下。

Aspen Plus軟件模擬過程中，回流比及進料位置變化及其影響分析：1）隨著回流比的逐漸增大，塔釜及塔頂所獲得的產品純度也獲得了相應提升，與此同時，無論是加熱蒸汽用量，還是冷卻水用量，均有所增加；2）進料位置偏移最優值時，將會給分離效果帶來不良影響，還會提高塔釜蒸汽的實際耗用量。

四、結語

若想保證設備設計這項工作的質量，要具備扎實的專業理論知識，要熟悉相關的設計標準及規范，要充分了解設備的結構性能，除此之外，還應重視并做好高新科技的引入和應用，如流程模擬軟件。在流程模擬軟件的幫助下，以工藝、設備為目標對象，對二者展開并行模擬計算將會對實際的設備設計產生十分重要的指導意義，從而為后續的生產操作奠定良好的基礎。

［1］衛林，陳巍巍.Aspen Plus在精餾塔工藝設計中的應用［J］.科技致富向導，2013，15：250-251.

［2］郭倩，劉長亮.氨精餾塔控制工程設計［J］.天津化工，2013，01：56-58.

［3］李克景.淺談精餾塔的工藝控制方案設計［J］.石油化工應用，2013，03：119-124.