齐翔腾达化工有限公司子公司6.5万吨/年1,4-丁二醇项目T0503塔参数设计与优化

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塔参数设计与优化

（以T0503正丁醇粗制塔为例）

1.1优化目标

从T0402脱正丁醇塔得到的正丁醇中含有精馏过程中累积的少量水、γ-丁内酯、等杂质，为了分离提纯正丁醇产品，将原料液进入正丁醇粗制塔T0503使γ-丁内酯、顺酐等重组分分离出来，塔顶采出质量分数较高的正丁醇-水的共沸体系进入T0504正丁醇精制塔进一步提纯。因此，控制T0503塔顶正丁醇的回收率为99.99%,质量分数要求在97.5%以上。在保证分离要求的前提下，尽量减小设备费用和操作费用。

利用DSTWU进行简捷计算，利用RadFrac对该精馏过程进行模拟和优化。Radfrac模块的收敛方法选择stronglynon-idealliquid。

1.2总板数优化

在DSTWU中进行简捷计算，分析在分离条件下的理论塔板数与回流比的关系，参数设置轻关键组分正丁醇的回收率为0.9999，重关键组分γ-丁内酯的回收率为0.0008，冷凝器和再沸器压力分别为110kPa和120kPa。

得到理论塔板数与回流比的关系曲线如图1所示：

图1T0503理论塔板数与回流比关系图

在实际工业生产过程中，塔板数的增多意味着投资费用增加，而回流比的增加意味着操作费用增加。根据图1中理论板数与回流比的关系，最终选择理论塔板数为27块（包括冷凝器与再沸器），在该点塔板数对回流比影响已进入平缓区，再继续增加塔板数并不能继续减小精馏塔的操作费用，因此确定其为最终理论塔板数。

以上优化过程源文件为“1-DSTWU.bkp”。

1.3满足塔顶回收率要求的馏出物流率和回流比的优化

根据DSTWU中的模拟结果，在Radfrac模块中利用设计规定对回流比和馏出比进行优化,使塔顶正丁醇的回收率满足分离要求。设定理论塔板数为27。由于塔顶馏出物正丁醇的摩尔回收率为99.99%，在塔内设计规定中设置塔顶采出液中正丁醇的摩尔回收率为0.9999，通过调节馏出物流率使其达到要求。结果得到，当理论塔板数为27时，塔顶采出液中正丁醇的摩尔回收率为0.9999时的优化馏出物流率为3.96714kmol/hr。优化过程如图2、图3所示：

图2满足正丁醇回收率要求的馏出物设定

图3满足正丁醇回收率要求的馏出物结果

对于回流比的优化采用类似的步骤，为此在该塔中设置了第二个设计规定，通过调节回流比参数来实现塔顶采出液中正丁醇的摩尔回收率为0.9999的要求。结果得到，该塔的优化回流比为3.59591。优化结果如图4所示：

图4满足正丁醇回收率要求的回流比结果

以上优化过程源文件为“2-RR-MOLD.bkp”。

1.4进料板位置优化

进料板位置对塔的分离效率有较大的影响，在满足上述两个设计规定前提的参数条件下，用灵敏度分析考察进料板再沸器热负荷的关系，其结果示于图5。从图中可见，在满足正丁醇回收率与纯度要求的前提下，中间段板数进料都能使再沸器热负荷达到最低，考虑后续该填料塔填料分段的情况，最终选择第17块板进料。

图5再沸器热负荷与进料位置关系

以上优化过程源文件为“3-FEEDSTAGE.bkp”。

1.5优化结果小结

T0503正丁醇粗制塔主要用与分离出少量γ-丁内酯、顺酐等重组分杂质，塔顶采出纯度为97.5%的正丁醇进一步分离，塔底采出渣油送去燃烧。在权衡设备投资费用和操作费用后，在满足分离要求的前提下优化得到塔的理论板数为27块。通过两个设计规定优化得到塔的回流比3.59591，塔顶采出量为3.96714kmol/hr。优化后的进料板为第17块板。将优化后的参数输入全流程T0503操作条件内，如图6、7所示：

图6T0503操作条件（1）

图7T0503操作条件（2）

最终优化结果源文件为“4-Optimization-Results.bkp”。