基于计算机技术的环己酮生产萃取塔的模拟和优化

来源: 发布时间:2019-07-30 09:53:32

  【摘要】在环己酮生产过程中,为了对皂化液中残余的氢氧化钠进行去除,需对萃取塔加以设置,随着环己酮生产需求与能力的不断提升,传统萃取塔的萃取效果已经难以满足需求和达标。为了确保萃取塔改造的准确性,本文基于环己酮生产萃取塔工艺流程,对计算机技术中的ASPEN PLUS模拟软件加以应用,对环己酮生产萃取塔的模拟与优化进行分析。

  【关键词】环己酮;萃取塔;工艺;优化;计算机技术

  在化工原料领域中,环己酮是其中重要的有机化工原料,近年来我国在环己酮的生产与需求方面增长很快,我国环己酮的生产多属于对己内酰胺与己二酸的配套生产,其中65%的环己酮被作为原料投入己内酰胺生产中,20%的环己酮被作为原料投入己己二酸生产中,剩下15%被作为相关化工原料。[1]在环己酮生产过程中,为了对皂化液中残余的氢氧化钠进行去除,需对萃取塔加以设置,随着环己酮生产需求与能力的不断提升,传统萃取塔的萃取效果已经难以满足需求和达标。而如果直接在原塔中进行改造,则会给整套装置的正常生产带来影响,不仅会导致经济方面的损失,还有可能导致工艺差错问题,需要考虑成功率问题。为此,随着计算机技术的不断进步,在各种工艺改造技术中,开始对ASPEN PLUS模拟软件加以应用,根据模拟结果来进行工艺优化,大大提高了改造效率。[2]本文即环己酮生产萃取塔工艺流程,对计算机技术中的ASPEN PLUS模拟软件加以应用,对环己酮生产萃取塔的模拟与优化进行分析。

  1工艺流程描述

  在环己酮生产过程中,其所应用的萃取塔是一种直径为两米的填料塔,其工艺流程可见下图1。在混合槽中,除了含有环己烷、环己酮外,还含有环己醇与少量钠盐以及氢氧化钠,这些含碱有机相(B)会被加入萃取塔底部中。进入到萃取塔底部后,这股物料会被分为两个液体层,对于上升的上部有机层来说,其为萃取过程的连续相,对于来自密封水槽的洗涤水(D)来说,其为萃取过程的分散相。连续相与分散相会在萃取塔中实现逆流接触,随着有机液上升的分散水滴,其中所包含的钠盐和氢氧化钠随之会经过工艺水萃取出。对于顶出口萃余液(C)来说,还含有微量水,因此会被送入干燥塔中,对于萃取塔底部的萃取液(A),则会通过泵向分解反应器中排出。

  混合槽

  皂化槽

  吸收塔

  萃取塔

  B

  干燥塔

  C

  分解反应器

  密封水槽

  D

  A

  图1 环己酮生产萃取塔工艺流程

  2基于计算机技术的环己酮生产萃取塔的模拟和优化

  在环己酮生产过程中,其萃取塔技术有一定要求,即需要根据新生产能力,确保塔顶出口萃余液(C)中的氢氧化钠在含量指标上达到合格水平。关于萃取塔萃取效果,会对其产生影响的因素主要有两个:一是塔的理论级数,二是溶剂比(D/B),在加大理论级数的情况下可减少溶剂比。虽然在溶剂的使用上采用水可不对溶剂回收会消耗的能量多少进行考虑,但如果工艺水过多,容易导致萃取塔底部排除的含碱萃取液(A)在含量上过低,从而会对下一步反应器的氢氧化钠含量产生影响。因此,在环己酮的工业性生产中,对于作为溶剂的工艺水,在用量上要求不能过高。所以,在基于计算机技术对环己酮生产萃取塔的优化进行模拟时,必须考虑到对塔的理论级数和溶剂比进行合适的调整,保证其萃取效果能够满足工业化生产要求。

  在基于计算机技术对环己酮生产萃取塔进行优化的过程中,首先需要利用ASPEN PLUS 模拟软件对原萃取塔理论级数与萃取塔塔顶出口有机相物料(C)参数的变化关系进行计算,同时将计算出的结果同生产实测数据进行比较。然后,需考虑在不加大工艺水用量仅对理论级数作出改变的条件下,对萃取塔能不能适应新生产能力的情况进行计算。如果仅通过对理论级数的改变,就能够使改进后的萃取塔萃取效果达到工业化生产要求,就可以根据模拟计算结果对合适的理论级数加以确定。如果仅通过对理论级数的改变不能保证萃取效果满足要求,就需要转换思想,在固定理论级数的前提下,对所需要的合适的工艺水用量进行计算,然后对新生产能力下所需的工艺水用量与理论级数加以确定。以该环节为例来说,当工艺水D体积流量一直处于3.7 m3/h时,采用ASPEN PLUS 模拟软件计算可知,在一定生产能力下,随着理论级数的增大,塔顶出口产物C中的碱质量浓度会逐渐变小,表明萃取效果越好,但当级数超过10的情况下级数变化对C中氢氧化钠的质量流量的影响就 不再显著,该结果表明,如工艺水体积流量一直保持在3.7 m3/h,必须不断增加理论级数,才能使萃取要求得到满足,而在环己酮环的实际生产中这是不可行的,必须对工艺水用量进行加大。可利用模拟软件对级数为8、10、12时工艺水体积流量进行计算,综合权衡经济,即可发现在理论级数为8和在工艺水体积流量为5 m3/h情况下是一种可行的操作参数。最后,基于确定的工艺参数,对改造方案进行制定,通过计算机程序对塔的液泛速度与塔的负荷量进行核算,就方案的可行性作出分析。

  基于计算机技术中的模拟软件,对环己酮生产萃取塔的改造进行模拟,可使环己酮生产萃取塔的优化更加科学合理。因此,在环己酮生产萃取塔的改造过程中,可对计算机技术合理应用,为环己酮生产改造提供更多可行方案。

  【参考文献】

  [1]张胜军.我国环己酮市场分析[J].化学工业,2014 , 32(8):25-28.

  [2]卜伟,黄晓宾,王琦.对环己酮生产技术与其工艺路线的探究[J].中国石油和化工标准与质量,2014(7):30-30.

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