化工過程模擬在清潔生產中的應用研究

李 勇

云南省節能技術開發經營有限責任公司 云南 昆明 650000

1 前言

化工行業一直以來都給人以高污染、高能耗的印象，在不斷發展的過程中如何滿足目前日益嚴格的污染物排放要求，降低產品原輔料及能源消耗，是目前化工企業在告訴發展過程中的期待與要求。現代信息技術的引入無疑將為化工行業注入新的活力，推動其現代化。因此，在此背景下，過程模擬具有重要的意義，在化工生產中為降低污染物排放、降低能源消耗起著非常重要的作用。

2 過程模擬的概念及其在清潔生產中的應用現狀

通常來說過程模擬泛指穩態模擬。穩態過程模擬是利用計算機模擬軟件，根據過程中的工藝參數和工藝流程，對實際生產過程進行模擬。這一過程只是對現實生產環境進行的一種模擬，不需要現實世界中的任何材料和設備進行真正的參與，這樣一來可以由相關技術人員進行隨意的發揮，擺脫了實際流程中諸多因素的限制與制約。

過程模擬目前已經在化工企業產品開發生產的各個環節當中充當著重要的角色，起著至關重要的作用。目前在全球范圍內應用最廣泛的化工過程模擬軟件是aspenplus，這款軟件是有一家美國企業開發出來的目前已經得到了近四十年的市場檢驗。這款軟件具有功能強大、性能穩定、分析度準確、靈敏度高等特點，已經得到了國際市場的普遍認可，是以穩態化學模擬為基礎進行設計的。軟件部分包括物理數據庫、單元操作模塊和系統實現策略。物性數據庫是該軟件的核心組成部分，由于過程仿真軟件包含了行業內最適用、最完整的物理屬性系統，因此可以得到普遍的認可，發展良好。物理數據的正確選擇對仿真結果有著至關重要的影響，決定著其結果的可靠性。單元操作模塊作為改款模擬的環境，為該軟件的完美運行提供了可靠的支持。此外，該公司針對該款軟件開發了幾個輔助模塊，來為該軟件提供仿真的工業生產操作過程。這些模塊建立在aspenplus平臺上，為軟件提供支持。目前改款軟件的發展前景廣闊，已經得到了化工相關產業的廣泛應用。該仿真軟件已應用于甲基叔丁基醚化工廠等專業領域。

3 化工產業過程模擬在清潔生產中的應用

3.1 Aspenplus模擬在甲基叔丁基醚工廠中的應用 為了分析甲基叔丁基醚的生產條件，通過aspenplus過程模擬建立了MTBE過程模擬模型、軟件、模擬系統條件。結果表明，仿真數據與實際數據吻合良好。此外，在不降低主產品質量的前提下，中石化濟南分公司還決定了催化精餾塔的最佳運行條件，為汽油-甲基叔丁基醚熱電聯產的清潔生產方案提供了理論依據。為下一步進行深度熱萃取，從而降低了甲基叔丁基醚的單位產品生產能耗指標提供了理論基礎。

3.2 AspenPlus模擬在己內酞胺聚合過程中的應用 使用模擬軟件來模擬聚合過程，以分析工藝參數(例如減少擠出物含量，提高材料利用率和改變生產條件)對聚合過程的影響。使用AspenPlus軟件模擬了質量流量，引發劑用量和溫度對聚合物相對分子量和可萃取物含量的影響。為了驗證模型的可靠性，模擬了22t/d生產記錄的溫度值。仿真結果表明轉化率和環狀二聚體含量與實測值吻合良好。模擬結果還表明，增加引發劑的用量可以縮短聚合時間，但也可以降低聚合物的MLL和EV含量。因此，在實際化學過程中應合理調整引發劑的用量。工藝后期的溫度波動對產品也有很大的影響。隨著溫度參數的增加，纖維素含量減少。因此，應盡可能避免尾部溫度升高。通過過程模擬提出的增加引發劑用量、減少溫度波動的清潔生產方案有利于聚合物產生，提高產品一次成品率。

3.3 生產設備的調整、優化 在生產設備優化以及調整當中，過程模擬優化技術具備非常重要的作用。利用模擬化工工藝流程，可以進一步實現化工生產的降耗以及節能。和傳統化的優化方法進行比較，發現利用計算機實施設備選型優化，可以獲得非常良好的工藝參數，生產效率可以得到保障。

當前，過程模擬優化技術逐漸實現了實時優化以及動態模擬。但是，其基礎仍然屬于一種穩態模擬。只有利用穩態模擬完成各項數值的確定，才可以實施動態模擬的展開。通過利用這兩種模擬優化技術，可以不斷調整復雜裝置，進而促使其更加優化。

3.4 aspenplus模擬在反應精餾中的應用 反應精餾是將化學反應與單元操作相結合的精餾過程。以實驗數據為基礎，利用aspenplus軟件對乙酸甲酯精餾過程進行了模擬，并對精餾過程中存在的問題進行了探討。結果表明，反應精餾法可以代替傳統的乙酸甲酯法。通過工藝模擬和參數優化，確定反應精餾塔的最佳操作條件為:操作壓力101.325kpa，回流比1.9，酸醇比1.6，這些操作條件為醋酸甲酯生產企業在開展清潔生產過程中降低物耗，降低能源消耗提供了設計依據。

4 結束語

綜上所述，現階段化工過程模擬在清潔生產中的應用還要受到生產體系、工業流程設計、工作人員素質以及技術水平等多個方面的影響和限制，而且這些方面或多或少都存在一定的問題，制約了模擬軟件在清潔生產中應用效果的提升。基于此，筆者針對目前過程模擬在化工企業開展清潔生產過程中應用的現狀展開分析，從軟件應用的優勢進行分析，通過多角度、動態平衡等分析建立模擬數據模型，有利于化工企業開展清潔生產過程中尋找節能、降耗、減污、增效的空間，以期加強過程模擬在化工生產方面的發展。