關于Aspen Plus模擬1，4-丁二醇脫水塔的研究

黨慧娟，郭文倩

（1.新疆國泰新華化工有限責任公司，新疆昌吉 831700；2.山西陽煤化工工程有限公司，山西太原 030021）

1 Aspen Plus簡介

Aspen Plus 軟件是基于穩態化工模擬、優化、靈敏度分析的大型化工過程模擬軟件[1—2]，可以進行化工設計模擬計算，在不改動生產設備、參數等的情況下，實現在計算機上“再現”現有裝置的生產過程[3]，在產品調優方面有極大的應用價值。本文利用Aspen Plus 軟件進行1，4-丁二醇脫水塔的化工模擬，其計算數據可以直接用于指導生產。

2 進料條件

在1，4-丁二醇生產中，脫水塔的進料組分主要為水、1，4-丁炔二醇、正丁醇、四氫呋喃、輕組分和重組分，其質量分數見表1。進料流量約為40m3/h，即39541.4kg/h。

表1 進料流股組分表

3 模擬計算

利用簡潔計算模型DSTWU 對脫水塔進行模擬計算，以此確定實際回流比、實際理論板數、進料位置等參數[4]。然后以計算結果作為脫水塔嚴格計算參數，進行嚴格計算；最后通過塔內設計規定來實現脫水塔的分離結果與實際生產相符（塔釜中含水量低于1%）。

3.1 簡潔模擬

（1）啟動Aspen Plus 軟件，選擇General with Metric Units模板。

（2）在成分輸入選項下，輸入進料流股FEED 的組分，分別為H2O（水）、1：4-B-01（1，4-丁二醇）、N-BUT-01（正丁醇）、TETRA-01（四氫呋喃），本文中的輕組分采用C3H4O（丙烯醛）替代，重組分采用C17H36（正十七烷）替代。

（3）由于進料體系屬于極性較強的特點，選擇WILS-RK狀態方程物性方法。

（4）建立流程圖，詳見圖1 ，其中塔模塊選擇塔模塊下DSTWU 中的ICON1。

圖1 T01塔的簡潔精餾流程

物流FEED 是來自上游的產物，主要含有水、1，4-丁二醇、四氫呋喃、丁醇及微量的輕組分和重組分；FEED 通過T01塔后，塔底得到含少量水的1，4-丁二醇流股102；塔頂得到含有大量水及少量丁醇、四氫呋喃和輕組分的流股101；

（5）進入Streams/FEED/Input/mixed 頁面，輸入進料FDDE的數據條件，詳見圖2。

圖2 模擬分離進料條件設定

（6）進入Blocks/DSTWU/Iput/Specifications 頁面，輸入模塊參數，其中根據生產經驗，設置塔板數為10，塔頂輕關鍵組分H2O 的摩爾回收率為0.91，塔頂重關鍵組分1，4-丁二醇的摩爾回收率為0.0001，初步假設定塔頂壓力為120kPa，再沸器壓力為140kPa。

（7）接著運行模擬，提示所有必要的輸入完成，點擊OK，模擬流程收斂。

（8）在結果查詢選項下，可以查看到簡潔模擬計算的結果，實際回流比為0.17，實際塔板數為10塊，進料位置為第9塊，塔頂餾出與進料比為0.81。

3.2 嚴格計算

在簡潔計算的基礎上，對脫水塔利用嚴格計算模塊Radfrac 進行嚴格計算，進料組分及比例、冷凝器的形式及壓力、再沸器的壓力、產品純度和物性方法的選擇與簡潔模擬計算完全相同。

（1）建立流程圖，與簡潔計算流程圖圖1相同，其中塔模塊選擇塔模塊下Radfrac 中的FRACT1。

（2）進料條件及比例與簡潔模擬計算完全相同。

（3）在RADFRC 選項下的規格頁面下，進入Setup 下的配置頁面，進行模塊設置，按照簡潔計算結果輸入嚴格計算模塊參數，塔板數為10，冷凝器類型為全凝器，再沸器 類型為釜式再沸器，摩爾回流比為0.17，蒸餾物與塔進料的摩爾比為0.81，在Strems 頁面下設置進料板位置為9，進料類型為板上進料（On-Stage），在Pressur 頁面下設置冷凝器壓力為120kPa，全塔壓降為20kPa，其他參數使用軟件默認的參數。

（4）運行模擬，提示所有必要的輸入完成，點擊OK，模擬流程收斂。

（5）在結果查詢選項下，可以查看到嚴格模擬計算的結果。

從結果得到塔釜中水的含量為1.3wt%，塔釜產品含水量比要求值（小于等于1wt%）大，純度沒有達到要求。在后續通過塔內設計規定來達到分離要求。

3.3 塔內設計規定

在脫水塔嚴格模塊模擬計算的基礎上，通過添加塔內設計規定將嚴格模擬計算結果中的塔釜水含量控制在1%以內，以達到分離要求的目的。本文中通過規定要求的塔釜含水量1wt%來進行塔內設計規定。

（1）在RADFRC 選項下的design specification 頁面下，點擊New 按鈕新建一個塔內設計規定，設計規格類型選擇質量純度，檢測目標選擇0.01，

（2）在Components 頁面下，選擇成分為H2O；在Feed/product streams 頁面下，選擇流股為102，。

（3）設置調節變量，在Vary 頁面下點擊New 按鈕，選擇調節變量類型為回流比，規定回流比的范圍為0.1～0.3。

（4）運行模擬流程，流程收斂，查看模擬結果，塔釜流股中的水含量為0.8%，與實際生產相符，詳見表2。

表2 嚴格模塊精餾塔模擬結果

4 結論

利用Aspen Plus 軟件進行了1，4-丁二醇脫水塔的化工過程模擬，經過簡潔模擬計算、嚴格模擬計算和最后的塔內設計規定，使得模擬結果與生產分析結果基本相符。在以后的生產中，可以將本文的模擬流程計算數據作為調整生產工藝參數的依據，這樣可以在很大程度上縮短工藝調整的時間，與此同時也大幅度減少了以往因工藝調整而導致的不合格品量，給現有裝置脫水塔操作帶來了極大的方便。