順酐法制1,4-丁二醇——Aspen模擬——補(bǔ)充

本文的實(shí)際總流程如下(源文件百度網(wǎng)盤鏈接:https://pan.baidu.com/s/1Qj4MwiWT6qDHDa4U21X-BA 提取碼:abcd )。

本流程較為簡單,第二步反應(yīng)動(dòng)力學(xué)本人只找到一篇文獻(xiàn),且模擬結(jié)果與文獻(xiàn)值有所出入,因此后續(xù)分離未進(jìn)行(因?yàn)橹灰笠粋€(gè)反應(yīng)器詳細(xì)設(shè)計(jì),因此這里可直接采用轉(zhuǎn)化率即Aspen中的反應(yīng)器RStoic模塊,因設(shè)置較為簡單,在此不再贅述。對于副反應(yīng)動(dòng)力學(xué)文獻(xiàn)中也給出,因此本文未采用該模塊進(jìn)行副反應(yīng)設(shè)置)。由于第二步中的副反應(yīng),總組分如下

在此講解第二步流程。依據(jù)文獻(xiàn)為高壓液相加氫,因此SA合成BDO階段反應(yīng)溫度不易過高,且靈敏度分析中溫度設(shè)定范圍也不要超過進(jìn)口組分沸點(diǎn)。
第一個(gè)反應(yīng)MA合成SA為低溫高壓,產(chǎn)物進(jìn)行氣液分離,氣體為較純氫氣,因此循環(huán)到下一個(gè)反應(yīng)(或者循環(huán)到該反應(yīng)也可)。
出口進(jìn)行氣液分離時(shí),壓力一定會(huì)降低,因此要分離成氣體、液體分別使用壓縮機(jī)、泵進(jìn)行加壓。本流程將后一反應(yīng)分離的氫氣與前一反應(yīng)分離的氫氣進(jìn)行混合后加壓,可節(jié)省壓縮機(jī)設(shè)備(壓縮機(jī)設(shè)備價(jià)格高)。
與補(bǔ)充的氫氣匯合加入第二個(gè)反應(yīng)器。后續(xù)分離時(shí)由于NRTL物性在氫氣組分分離時(shí)有較大出入,采用了UNIQUAC。在模塊加入物性時(shí),會(huì)顯示輸入不完整

此時(shí)返回到物性重置——運(yùn)行即可。?

上次說到對于反應(yīng)R3,因無循環(huán)流股,所以反應(yīng)前無順酐MA組分。





因此對于動(dòng)力學(xué)計(jì)算而言,有可能會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量不守恒的報(bào)錯(cuò)。當(dāng)無循環(huán)流股時(shí)可在原料中加入MA,但量不易多


對于氣液分離過程,在模擬中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)亨利組分任有少量殘留的情況。這時(shí)一般可采用更改合適體系的物性或在后續(xù)精餾分離過程中處理。在此介紹第二種,將氣體組分選中,可得總和僅為0.129kmol/h。

如果直接采用下文的全凝器方式?

雖然沒有報(bào)錯(cuò),但是再冷凝器階段溫度會(huì)過冷,塔頂流股溫度會(huì)出現(xiàn)如下情況

為此需要采用分凝方式


氣相分率根據(jù)氣體的量大致確定,由于會(huì)有輕組分(在此為水)損失所以一般會(huì)比計(jì)算值大。?

重置——運(yùn)行無報(bào)錯(cuò)后,查看流股結(jié)果,可以看出溫度正常

且塔頂、塔底液相餾出物無氣體殘留(e-05即10^-5可忽略)。同時(shí)塔頂廢氣中夾帶部分水。?

查看質(zhì)量分率,塔頂?shù)玫礁呒兯?,塔底得到滿足下一工段純度需求的MA。同時(shí)水可以在工藝改進(jìn)中重新利用,如吸收塔的水源、用于溶劑等。


對于第二步順酐加氫的反應(yīng),動(dòng)力學(xué)如下(林川, 吳指南. 順酐在負(fù)載型鎳鉬催化劑上高壓液相加氫合成1,4-丁二醇本征動(dòng)力學(xué)的研究[J]. 催化學(xué)報(bào), 1990, V11(2):83-91.已換算成標(biāo)準(zhǔn)單位)。本文氫壓定為0.5MPa(在Aspen輸入時(shí)已計(jì)算P的指數(shù),并入動(dòng)力學(xué)因子)。




顯然其模型為分段過程,由于其為液相吸附在催化劑上,氣相氫氣進(jìn)行加氫,因此采用全混釜(未經(jīng)進(jìn)一步分析,可能有所差錯(cuò))。動(dòng)力學(xué)任為朗格繆爾吸附形式,其在Aspen中輸入與下文的方式大致相同。










R-2-SA-1中,對于R1、R2、R3,其吸附相相同,如下



對于R-2-SA-2的動(dòng)力學(xué),Apsen模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中有所出入(Aspen模擬中主要生成THF組分,文獻(xiàn)中主要生成BDO組分)。因此本文只按照R-2-SA-1的動(dòng)力學(xué)(在第二個(gè)反應(yīng)器只添加R-2-SA-1)

顯然MA合成SA動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果與實(shí)際比較相符。

而SA合成BDO的動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)際有所出入。


關(guān)于循環(huán),注意進(jìn)出口,對如下流程為S17、S34可以改變的進(jìn)出口(S17為補(bǔ)充的氫氣、S34為馳放的氫氣)(因?yàn)橛械獨(dú)夥e累,所以必須馳放,一般為5%以下)。

因此首先重置——運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)有報(bào)錯(cuò)。此時(shí)肯定是由于循環(huán)引起的問題(按之前的搭建一步,運(yùn)行一下)。?

那么我們首先要查看流股,發(fā)現(xiàn)氫氣有大量的累積。這樣的話有兩個(gè)方法,一個(gè)是降低補(bǔ)充的氫氣,另一個(gè)是加大馳放分率。

但馳放分率不宜過大,因此這里改變補(bǔ)充的氫氣,從80降低到70?

發(fā)現(xiàn)此時(shí)無報(bào)錯(cuò),但會(huì)有警告。無報(bào)錯(cuò),則模塊設(shè)置、初始量沒有問題,此時(shí)的警告是由于循環(huán)流股未定義而造成的。?

將流股結(jié)果數(shù)據(jù)復(fù)制到輸入或者調(diào)和即可。發(fā)現(xiàn)此時(shí)警告降低了。但仍有一個(gè)錯(cuò)誤。

在控制面板查看具體信息,發(fā)現(xiàn)是由于B24流股混合器的30次不收斂。?

將其加大為100次

再次重置——運(yùn)行,結(jié)果如下,即可以進(jìn)行下一步搭建或進(jìn)一步優(yōu)化。?

同時(shí)對于該循環(huán)的計(jì)算結(jié)果如下,可以看出再調(diào)和復(fù)制流股之后,很快就收斂了

