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化工工艺及流程模拟

4. 化工工艺系统

4.1 项目系统合成

4.1.1 化工设计过程

• 化工设计过程采用“洋葱模型”，从反应器设计开始，逐步扩展到分离与再循环系统、换热网络，最后通过公用工程满足冷、热负荷。
• “洋葱模型”指导理论源于Rudd.Powers.Sirrda在《Process Synthesis》中提出的过程合成策略，层次分明，直观表征了化工过程的合成步骤。
• 化工过程合成步骤包括消除分子类型上的差异、通过匹配源和汇分配产品、消除组成差异、消除温度、压力和相态差异，最终将各操作结合成单元过程。

4.1.2 丙烯醛合成工段

4.2 流程模拟与优化

4.2.1 流程模拟

• 利用Aspen Plus软件进行过程模拟，验证工艺参数的可行性及效果，确定关键工艺和设备的参数，完成全流程与各单元设备物料与能量衡算。
• 丙烯回收部分采用RK-SOAVE模型，而大部分物质涉及极性非电解质，采用UNIQUAC模型作为全局模型。
• 丙烯催化氧化反应系统采用化学计量反应器Rstoic模块进行模拟，通过设定反应式和转化率来进行模拟，但无法通过模拟来确定反应器的最佳操作条件。

4.2.2 丙烯醛合成工段模拟

4.2.2.1 反应系统模拟

• 反应器出口组成经模拟与文献调研得到的数据基本一致，验证了工艺参数的可行性。
• 模拟结果表明，在压力0.3MPa，温度为320℃的条件下，丙烯催化氧化反应系统能够实现较高的丙烯转化率和丙烯醛选择性。

4.2.2.2 吸收分离系统模拟

4.2.2.2.1 副产物脱除模拟

• 废酸吸收塔采用RadFrac模块进行模拟，通过Design Specs和Tray Sizing功能确定吸收剂用量及塔的几何尺寸。
• 模拟结果显示废酸吸收塔能够有效降低丙烯酸和乙酸的浓度，满足工艺要求。

4.2.2.2.2 丙烯醛分离模拟

• 气液分离器模拟结果显示，在100℃，1MPa的条件下，气液分离器能够有效地分离出丙烯醛水溶液。
• 丙烯醛吸收塔模拟结果显示，在14块理论塔板，1MPa的操作压力下，丙烯醛吸收塔能够显著降低丙烯醛的浓度，达到工艺要求。

4.2.2.3 丙烯回收系统模拟

• 丙烯回收系统采用加压冷凝分离的方法，利用传统深冷技术进行冷量回收，实现了系统冷量的自给自足，达到了节能降耗的目的。
• 模拟结果显示，该系统能够有效地回收丙烯，提高丙烯的回收率，减少资源的浪费。

4.2.3 丙二醇合成工段

4.2.3.1 反应系统模拟

• 水合反应系统采用改性阳离子交换树脂作为催化剂，加氢反应系统采用细颗粒Raney镍催化剂。
• 模拟结果显示，在适当的温度、压力和催化剂投料量的条件下，水合反应和加氢反应能够实现较高的转化率和选择性。

4.2.3.2 丙二醇精制系统

• 丙二醇精制系统采用脱水釜、丙二醇精制塔等装置进行分离。
• 模拟结果显示，该系统能够有效地降低1,3-PDO中的水含量，提高1,3-PDO的纯度，满足产品的质量要求。

4.3 总结

• 通过化工工艺及流程模拟，不仅验证了工艺参数的可行性及效果，还确定了关键工艺和设备的参数，完成了全流程与各单元设备物料与能量衡算。
• 模拟结果表明，丙烯醛合成工段和丙二醇合成工段都能够实现较高的转化率和选择性，满足产品的质量要求。
• 丙烯回收系统和丙二醇精制系统能够有效地回收资源，提高产品的纯度，减少资源的浪费。
• 化工工艺及流程模拟为化工生产提供了重要的理论依据和技术支持，对于提高生产效率和降低生产成本具有重要意义。 """