氯乙烯精餾過程模擬優(yōu)化與節(jié)能降耗的研究

王邦善

摘 要：本文首先對(duì)氯乙烯精餾的工藝流程機(jī)進(jìn)行了分析，之后模擬了精餾過程，主要包括兩個(gè)方面：物性方法選擇、精餾過程的穩(wěn)態(tài)模擬，然后又對(duì)進(jìn)料位置的優(yōu)化進(jìn)行了探討，最后對(duì)氯乙烯精餾過程的節(jié)能降耗技術(shù)進(jìn)行了闡述，主要包括兩個(gè)方面：循環(huán)水改造技術(shù)以及高效導(dǎo)向篩板技術(shù)。通過以上幾個(gè)方面的研究、分析和探討，希望能夠?yàn)橐院笙嚓P(guān)的研究工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：氯乙烯；精餾過程模擬優(yōu)化；節(jié)能降耗技術(shù)

工業(yè)上可以利用氯乙烯制造出聚氯乙烯樹脂，這種合成高分子材料在當(dāng)今社會(huì)中發(fā)揮著非常重要的作用。當(dāng)前在世界范圍內(nèi)這種合成高分子材料的使用量以及躍居第二。當(dāng)前氯乙烯產(chǎn)量的百分之九十六用于制造聚氯乙烯樹脂，因此對(duì)聚氯乙烯生產(chǎn)過程中的問題進(jìn)行研究和分析，有利于提高聚氯乙烯的產(chǎn)量。

1.工藝流程

氯乙烯的整個(gè)精餾過程需要使用到高沸點(diǎn)塔和低沸點(diǎn)塔這兩個(gè)精餾塔。低沸點(diǎn)塔在進(jìn)料時(shí)需要靠近塔頂，這是因?yàn)樵谶M(jìn)料的過程中氯乙烯在合成時(shí)具有很高的轉(zhuǎn)化率。在低沸點(diǎn)塔的發(fā)內(nèi)部，充分接觸的氣液兩相，會(huì)在塔頂產(chǎn)出乙炔等物質(zhì)，塔底則是氯乙烯和1-二氯乙烷等物質(zhì)。高沸點(diǎn)塔接收低沸點(diǎn)塔塔底產(chǎn)出的氯乙烯等物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步提純，之后在高沸點(diǎn)的塔頂將會(huì)產(chǎn)出高純度的氯乙烯，而高沸點(diǎn)塔的塔底則會(huì)產(chǎn)出重組分的1-二氯乙烷等物質(zhì)。

2.精餾過程模擬

2.1物性方法選擇

氯乙烯、乙炔等是氯乙烯徑流過程中包含的主要組分，氯乙烯的整個(gè)精餾過程要保證操作壓力在1MPa以下，因此全局的物性方法就確定為NRTL。

2.2精餾過程的穩(wěn)態(tài)模擬

根據(jù)氯乙烯的精餾工藝可以知道，高沸點(diǎn)塔和低沸點(diǎn)塔都參與到了氯乙烯的精餾過程中，本文研究了某工廠的實(shí)際生產(chǎn)過程，其低沸點(diǎn)塔的進(jìn)料口在第三塊塔板處，并且一些低沸點(diǎn)物質(zhì)，例如：乙炔等，這些物質(zhì)都產(chǎn)自低沸點(diǎn)塔的塔頂，而塔底主要產(chǎn)出一些1-二氯乙烷之類的物質(zhì)；高沸點(diǎn)塔的進(jìn)料口在第十二塊塔板處，高沸點(diǎn)塔的塔頂主要產(chǎn)出氯乙烯等物質(zhì)，而塔底則與低沸點(diǎn)塔一樣主要產(chǎn)出1-二氯乙烷等物質(zhì)。

3.進(jìn)料位置的優(yōu)化

高沸點(diǎn)塔的進(jìn)料是低沸點(diǎn)塔塔底的出料，在低沸點(diǎn)塔中氯乙烯的含量會(huì)受到進(jìn)料位置的影響，具體來說就是開始增加進(jìn)料位置之后，并沒有明顯的影響氯乙烯的含量，但是增加到第十六塊塔板時(shí)，塔底的氯乙烯含量開始受到影響并不斷的減小。同時(shí)塔底和塔頂?shù)臒嶝?fù)荷開始不斷升高，在分析了原材料的組成之后可以知道上方的塔板是做合適的進(jìn)料位置，所以進(jìn)料位置應(yīng)該選擇第三塊進(jìn)料板，通過對(duì)研究工廠的調(diào)查發(fā)現(xiàn)與工廠實(shí)際的進(jìn)料口相符合。

而在高沸點(diǎn)塔中，塔頂產(chǎn)出的氯乙烯作為一種非常重要的反應(yīng)物主要用于后續(xù)的工段聚合，在這種情況下就要求氯乙烯的純度必須非常高，要達(dá)到99.99%。高沸點(diǎn)塔的進(jìn)料位置在不斷增加的過程中，具體來說就是從3增加到10的過程中，氯乙烯的摩爾系數(shù)也一直在變化，也是在一直增加。但是進(jìn)料位置在10-40的塔板時(shí)，氯乙烯的摩爾系數(shù)就開始停止變化。10之前的進(jìn)料位置，精餾段不能得到充分的保證，因此難以良好的反應(yīng)工業(yè)原料的波動(dòng)，考慮到這一點(diǎn)和其他的一些影響因素，應(yīng)該將12-15塊塔板作為工業(yè)生產(chǎn)中的進(jìn)料位置。在對(duì)塔頂和塔底的熱負(fù)荷情況進(jìn)行了充分的考慮之后，本文研究工廠在實(shí)際的生產(chǎn)過程中選擇第12塊塔板為進(jìn)料位置。

4.節(jié)能降耗技術(shù)

4.1循環(huán)水改造技術(shù)

在工廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是高沸點(diǎn)塔還是低沸點(diǎn)塔，它們的塔頂溫度都普遍很低，這主要是因?yàn)樗數(shù)睦淠魉褂玫睦鋬鏊挥?攝氏度，所以會(huì)有大量的電能消耗?？梢岳锰岣卟僮鲏毫Γ龃笪镔|(zhì)沸點(diǎn)這個(gè)方法使高沸點(diǎn)塔和低沸點(diǎn)塔的操作壓力有效提高，進(jìn)而使塔頂溫度得到有效提升，最終使利用循環(huán)水進(jìn)行換熱的條件得以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過改造后，就經(jīng)濟(jì)效益這方面來比較舊工藝和新工藝，可以發(fā)現(xiàn)舊工藝中需要使用到的冷水由冰機(jī)制成，需要消耗大量的電力，如果按每千瓦時(shí)0.6元來計(jì)算電費(fèi)，并以每噸0.2元來計(jì)算循環(huán)水水費(fèi)用，以每噸50元來計(jì)算熱水的費(fèi)用，由于新工藝在電耗方面非常少，通過相關(guān)的計(jì)算得出使用新工藝每年能夠增加一千多萬的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2高效導(dǎo)向篩板技術(shù)

易自聚物質(zhì)VCM如果在生產(chǎn)過程中不采取合理有效使得措施加以控制，那么就很容易生成黏性微團(tuán)或者黏性顆粒。以往老式的浮閥塔板廣泛應(yīng)用于PVC廠，塔內(nèi)壓降增加現(xiàn)象經(jīng)常在實(shí)際的運(yùn)行中出現(xiàn)，情況比較嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致堵塞，如果出現(xiàn)這種情況會(huì)大幅縮短操作周期，通常情況下為三到五個(gè)月，這會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂工廠的正常生產(chǎn)。因此，可以將高效導(dǎo)向式篩板應(yīng)用在T-201塔—T-203塔中，從而使塔板上液面落差和液相返混的問題得到了完滿的解決，同時(shí)堵塔和液泛等問題也被成功解決。另外，與浮閥塔相比平均板的效率整整提高了百分之二十五左右，并且與浮閥塔相比平均板的生產(chǎn)能力整整提高了百分之四十左右，之后相關(guān)的操作參數(shù)可以通過模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行確定，利用高效導(dǎo)向篩板進(jìn)行改造之后，工廠的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量要求都得了充分的滿足，同時(shí)也降低了塔壓。

結(jié)束語：

本文在氯乙烯精餾過程模擬優(yōu)化的過程中應(yīng)用了Aspen Plus軟件，同時(shí)還選擇了NRTL模型，之后通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及分析相關(guān)操作參數(shù)的靈敏度，獲得了最優(yōu)設(shè)計(jì)以及操作參數(shù)。在最后一部分介紹了循環(huán)水改造技術(shù)和高效導(dǎo)向篩板技術(shù)這兩種節(jié)能降耗技術(shù)，這不僅能夠使工廠的產(chǎn)量和質(zhì)量需求得到充分的滿足，還能夠生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定。

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