李盛姬;田端正;吴江平;张建君农业产业园区规划设计方案
【摘 要】Aspen Plus is a large-scale process simulation system which is used universally in producing equipment design,steady-state simulation and optimization.Many famous engineering and manufacturing companies of chemical engineering,petro-chemical industry and%Aspen Plus是生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。举例介绍了Aspen Plus模拟在氟化工中的应用,分析可能存在的困难,并展望Aspen Plus模拟在氟化工中的应用前景。 【期刊名称】加权《有机氟工业》
【年(卷),期】2011(000)002
【总页数】5页(P36-40)
【关键词】Aspen;Plus;过程模拟;氟化工;应用
【作 者】李盛姬;田端正;吴江平;张建君
【作者单位】浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023;浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023;浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023;浙江省化工研究院有限公司,浙江杭州310023
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ342.206
1 前言
Aspen Plus是美国Aspen技术公司20世纪80年代初推向市场、具有准确单元操作模型和最新计算方法的大型工艺流程模拟计算软件。源于美国能源部70年代后期在麻省理工学院(MIT)组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”(Advanced System for Process Engineering，简称Aspen)，并于1981年底完成。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为Aspen Plus。该软件经过20多年来不断的改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟商君书锥指
软件，应用案例数以百万计。它用严格和精确的计算方法进行单元和全过程的计算，为企业提供准确的单元操作模型，还可以寻已有装置的优化操作条件和进行新建、改建装置的优化设计。它还配有较完整的物性数据库，能自动生成计算顺序(sequence)、循环圈(loop)和撕裂流(tear)，并能进行在线前馈反馈控制、灵敏度分析及过程优化。郑州轻工业学院图书馆
Aspen Plus是化工过程建模的基础平台，没有它，其他套件就没法使用。它提供了大量的化工单元操作模型，包括反应器、分离操作单元、换热器等;同时它还提供了大量的物性数据，几乎包括所有的化学物质，绝大多数化学物质的物性数据都能从它的物性数据库中查。Aspen Plus单独使用可以对一般的化工过程进行模拟分析，还能对操作参数进行优化。
全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。本文举例介绍Aspen Plus模拟在氟化工中的应用。
2 Aspen Plus模拟在氟化工中的应用
2.1 Aspen Plus软件在NF3-CF4体系共沸精馏中的应用
彭立培等人［1］通过对NF3-CF4共沸体系的深入研究，选用氯化氢(HCl)为共沸剂，利用Aspen Plus软件对该体系共沸精馏过程进行了模拟，选择RADFRAC模型进行模拟计算，采用PR方程进行物性计算。模拟流程如图1所示。
图1 NF3-CF4体系共沸精馏模拟流程
通过模拟，可以得到共沸精馏中回流比、进料比及进料位置对产品纯度的影响分别如图2、3、4所示。 图2 共沸精馏中回流比对产品纯度的影响
由图2可知，随着回流比的加大，塔底产品中CF4含量减少，但是在R=15时，减小的趋势减弱，因此，选择最佳回流比为15。
图3 共沸精馏中进料比对产品纯度的影响
图3表明，精馏进料比越大，则在塔底得到的NF3产品纯度越高，但其产量却愈小。从数据结果可以看出，精馏进料比在0.38～0.4之间就可以得到满足99.999%纯度要求的NF3产品。经过微调得到塔顶采出率为0.384时，即可得到5N级产品。
英语看图填词
图4 共沸精馏中进料位置对产品纯度的影响
进料板为16时塔底产品中的CF4含量已经远远小于10-5ppm，故而再次减小精馏进料比以得到更大的NF3产量。经过灵敏度分析可得：当精馏进料比为0.34时，塔底恰好得到纯度为99.999%的NF3产品，此时NF3的收率为66%。
在设定的进料条件下，模拟得到的最优操作参数为：回流比15;进料板数为16;精馏进料比为0.34。
应用Aspen Plus软件中的RADFRAC模型，能简单快捷地进行精馏塔的设计和操作分析，节省大量资源。通过模拟得到了最优操作条件，为实际生产提供了理论依据。
2.2 1-氯-1，1-二氟乙烷反应精馏工艺的定态模拟研究
郭涛等人［2］提出了以偏氯乙烯为原料生产1-氯-1，1-二氟乙烷的反应精馏新工艺，并运用Aspen Plus软件对实现该工艺的反应精馏塔的定态行为进行了数值模拟研究。分别获得反应精馏塔内反应量的分布及组分浓度分布如图5、6所示。
图5 反应精馏塔内反应量分布
图6 反应精馏塔内各组分浓度分布
结合图5和图6可以看出，塔釜中反应大量生成HCFC-141b和HCFC-142b，反应段第40～60块板反应基本停滞，但有助于将组分HCFC-142b与HCFC-141b分开，起到提馏的作用;在精馏段形成了组分 HCFC-142b的高浓区，能有效地将HCFC-142b组分与其他组分分开。模拟研究结果表明：将化学反应过程和产物、副产物及残余反应物的分离过程集成在一个塔内实现是可能的，不仅能够得到高纯度的产品，同时还能提高反应选择性，减少副产物的生成量。相比于目前采用的传统生产工艺，反应精馏新工艺能够大大减少工艺环节和节省设备投资。案例研究显示，对于相同的偏氯乙烯加料量，1-氯-1，1-二氟乙烷产品的产量提高6.4%，副产物1，1，1-三氟乙烷的产量降低70.6%。
2.3 VDF生产过程仿真研究与优化
郑根土等人［3］以实际生产数据为基础，运用化工稳态模拟计算软件Aspen Plus，建立了从HCFC-142b裂解生产VDF产品的过程仿真模型，经过参数整定后，所建立的仿真模型能很好地反应实际生产过程，其中关键参数的误差在5‰以内。运用所建立的仿真模型，在保持原有设备不变、原料量不变的情况下，通过对VDF精制塔进行仿真研究，发现产量可
以提高3.2%，指出了该塔最佳进料位置为第10～12块，并给出了回流比变化与产品纯度的对应关系图。提出了减少一个塔设备，采用侧线采出的改进工艺，可大大节省设备投资。通过仿真模拟研究，得到改进工艺中塔的最佳进料位置为第18块板，最侍侧线出料位置为第4块板，并给出了产品纯度、CO的脱除率、冷凝器热负荷等参数随回流比增大而变化的对应关系。
raf2.4 HFP和HFPO混合物的分离及工艺优化研究
六氟丙烯(简称HFP)和六氟环氧丙烷(简称HFPO)是有机氟工业的重要中间体，HFPO一般由HFP氧化制得，因此在产物中一般都含有HFP。HFPO和HFP二者的沸点差很小(HFPO为-27.4℃，HFP为-29.4℃)，使用普通精馏的方法难以分开HFPO和HFP的混合物。杨波等人［4］以实验测出的HFP和HFPO体系的气液平衡数据为基础，以二氯甲烷为萃取剂，采用萃取精馏法分离HFP和HFPO。用Aspen Plus对HFP和HFPO的分离进行仿真模拟优化，通过改变不同的条件如原料进料位置、溶剂比、回流比等，得出各自的最佳工艺条件;最终确定萃取精馏塔的最佳工艺流程和工艺参数：理论板数为20块时，溶剂进料位置为第3块理论板，待分离物料进料位置为第11块理论板，回流比为3.6，塔顶的HFPO含量能够
达到99.69%，满足工艺上的分离要求。通过Aspen Plus仿真模拟取得的主要工艺参数，为实际生产的操作提供了有指导意义的根据。
2.5 变压精馏分离1，1，1，3，3-五氟丙烷和氟化氢的工艺模拟
1，1，1，3，3-五氟丙烷和氟化氢混合物是一种二元最低共沸物。曾纪珺等人［5］在计算机模拟和分析的基础上，研究了变压精馏分离五氟丙烷、氟化氢的工艺流程。选用Aspen Plus软件内置的热力学模型WILS—HF描述五氟丙烷-氟化氢二元共沸体系的气液平衡，获得二元体系相图如图7所示。由图7可知，随着压力的增加，HFC-245fa-HF的共沸组成中HFC-245fa的含量有较明显的增加，由0.3 MPa增加到0.7 MPa，HFC-245fa共沸组成含量由34.86%增加到41.67%，因而使用变压精馏的方法分离HFC-245fa-HF混合物是可行的。
图7 0.3、0.5、0.7、0.9 MPa下HFC-245fa-HF的x-y相图
根据实验数据，回归该热力学模型中的交互作用参数，进行模型计算。可以得到整个变压精馏各物流属性如图8所示，并分别得到低压塔和高压塔内液相浓度分布如图9、10所示。
