3.模拟结果研究
3.1.溶剂比的影响
萃取剂与C4原料的质量比对产品纯度及热负荷有较大影响。溶剂比在1.5~3.0之间时,增大溶剂比,产品纯度显著提高,此时溶剂浓度与萃取效果正相关。当溶剂比达到3.0时,可分离得到符合分离要求的产品。此后继续增大溶剂比,产品纯度变化不大。
塔板上的溶剂浓度是影响萃取效果的因素,但溶剂比越大,使用的溶剂量就越多,塔内气液相流量及热负荷也会增大,能耗及投资费用也就越高,所以最小溶剂比约为2.5。
3.2.回流比的影响
回流比是影响产品纯度及热负荷的主要因素。新型萃取精馏塔的回流比可以调节产品纯度及能耗。回流比增大,产品纯度会呈明显增加的趋势,同时热负荷也增加。当回流比大于3.5后,产品纯度已基本不变,而回收的溶剂纯度略有下降,所以合适的回流比约为3.5。
3.3.汽相分配比的影响
新型萃取精馏塔只有一个再沸器提供主副塔的上升蒸气,在分隔壁的两边需考虑上升蒸气的分配。定义汽相分配比为进入副塔的蒸气质量与进入主塔蒸气质量之比。汽相分配比是影响产品纯度及热负荷的主要因素。
当汽相分配比小于2.0时,副塔会出现干塔情况。汽相分配比等于2.0是副塔正常操作与干塔之间的临界点,产品纯度较差。当副塔正常操作后,汽相分配比对产品纯度影响不明显,但对全塔热负荷有很大的影响。进入副塔的蒸气量越多,则需要再沸器提供更多的热量来维持主塔与副塔的运转。因此,增大汽相分配比,再沸器热负荷显著上升。
3.4.与常规萃取精馏工艺的比较
与常规萃取精馏工艺相比,新型精馏塔萃取塔釜再沸器可节能17.31%,塔顶冷凝器可节能25.81%,具有明显的节能效果。
3.5.新型精馏塔节能原因分析
新型精馏塔节能的原因主要在于能够减少常规精馏塔内的返混现象。
常规萃取精馏塔内液相各组分浓度沿塔高的分布,中间组分反-2-丁烯的浓度随塔板数的增加而逐渐增大,但到塔釜最后一块板时,浓度反而下降,产生了返混现象。实际生产中如果增大萃取精馏塔塔板数,这种中间组分在塔釜浓度降低的现象将表现得更为明显。最终塔釜中的反-2-丁烯以较低液相浓度进入溶剂回收塔,重新被提纯。
在新型精馏塔中,由主塔进入副塔的物流为汽相,当汽相中反-2-丁烯的浓度最大时,即有一部分进入副塔继续分离其中的溶剂,从而得到符合要求的丁烯产品,避免了返混。返混效应是精馏过程热力学效率低下的重要原因,消除返混效应可以大幅度提高分离效率,所以新型萃取精馏塔比常规萃取精馏节能。
如果从副塔底部塔板流出的液相物流中,反-2-丁烯含量约为83.3%(w),而同一位置主塔塔板上的反-2-丁烯含量约为36.6%(w),二者混合势必造成一定的能量损失。由于副塔下降液流量较少,因此这部分能量损失远小于常规萃取精馏塔返混带来的能量消耗。因此,新型精馏塔虽不能完全避免能量的损耗,但其节能效果与常规萃取精馏塔相比仍然明显。
根据AspenPlus模拟分析的结果,本新型精馏塔在分离正丁烷和反-2-丁烯混合物的过程中,完成同样的分离任务,与常规萃取精馏工艺相比,节能效果明显,其塔釜再沸器可节能17.31%,塔顶冷凝器可节能25.81%。因此,随着化学工业的不断发展,国家节能降耗标准逐步提高,新型精馏塔在当今的工业生产中是值得推荐的。