水力学软件在吸收塔中的应用及分析.pdf

'第２９卷第１期合成技术及应用Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．１２０１４年３月ＳＹＮＴＨＥＴＩＣＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＭａｒ．２０１４应用技术水力学软件在吸收塔中的应用及分析１１２朱兴松，王余伟，杨如惠（１．中国石化仪征化纤股份有限公司研究院，江苏仪征２１１９００；２．中国石化仪征化纤股份有限公司ＢＤＯ生产中心，江苏仪征２１１９００）摘要：选择合适的水力学软件能够简单、正确地计算塔设备的水力学数据。以ＢＤＯ装置马来酸酐吸收塔为模型，对比分析ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＦＲＩ、ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ３种软件的水力学计算结果，综合来看ＦＲＩ在界面友好及数据完整性方面优于其它软件。确定采用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ进行塔内热力学计算，结果输入ＦＲＩ进行水力学校核的方法。关键词：ＡｓｐｅｎＰｌｕｓＦＲＩＫＧ－Ｔｏｗｅｒ吸收塔水力学计算中图分类号：ＴＥ９６２文献标识码：Ｂ文章编号：１００６３３４Ｘ（２０１４）０１００４７０３ＢＤＯ生产工艺中马来酸酐吸收是非常关键的工马来酸酐吸收塔主要工艺流程如图１所示。序。仪征化纤ＢＤＯ装置的马来酸酐吸收塔内共有２５块双溢流浮阀塔板，１～９块板为循环塔板，１６～２５块板为吸收塔板，有效吸收发生在１６～２５块塔板处。对反应气体中的马来酸酐组分应进行最大程度的吸收，以［１］减少进余热锅炉焚烧的马来酸酐量。为提高吸收塔的操作性能，有必要对该塔进行计算和分析。精馏塔的计算通常采用软件进行建模分析计算。通用流程模拟软件ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ含有功能详细的精馏塔热力学计算模块，也能进行水力学计算。美国精馏工程研究中心（ＦＲＩ）是从事精馏技术研究和应用的机构，通过对塔内件包括分布器、塔板、填料等进行水力学和分离能力测试，得出相应的性能评价数学模型，其中以筛板的研究最为充分、完整，计算模型经过验证比较准［２］图１马来酸酐吸收塔工艺简图确。ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ是由美国科氏－格利奇公司开发出如图１所示，由反应器产生的高温气体在吸收来的集计算校核于一体的塔设计软件。笔者以ＢＤＯ塔塔底第１块板下方进料，经过２５块板后由塔顶去装置马来酸酐吸收塔为模型，采用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ进行塔余热锅炉。含贫油液体在吸收塔塔顶上方进料，主内热力学计算，对比分析了ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＦＲＩ、ＫＧ－Ｔｏｗ要用于吸收气相中的马来酸酐，塔釜部分液相出料ｅｒ３种软件的水力学计算结果。经换热器返回第１０块板形成中段回流，部分液相出１概况料进下一道工序。马来酸酐吸收塔的部分结构参数见表１所示。２塔内热力学计算表１塔结构参数［３］利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ分离单元模型对马来酸酐吸板型浮阀塔浮阀类型微分浮阀收塔进行建模分析，得到马来酸酐吸收塔的塔板气板数／块２５液温度与马来酸酐浓度分布，见图２所示。塔径／ｍｍ８５００塔高／ｍｍ２７２００收稿日期：２０１４－０２－１９板间距，１～１０块／ｍｍ６１０作者简介：朱兴松（１９９０—），男，江苏盐城人，助理工程师，现主要板间距，１１～２５块／ｍｍ７６５从事化学工程和流程模拟工作。 ４８合成技术及应用第２９卷第１０块、第１块塔板上的喷射液泛数据均小于８０％，可初步推断在这３块塔板上方没有发生喷射液泛。但Ａｓｐｅｎ填写参数较为简单，不需要考虑详细的塔板浮阀类型及结构带来的影响，计算的水力学数据存在一定的误差。表２塔板Ａｓｐｅｎ计算结果塔板２５１０１喷射液泛，％５２．７１４７．５７６８．４８降液管液泛，％２．２７１９．９０１３．８２－１０．００４０．０３３０．０２３降液管流速／ｍ·ｓ压降／ｍｍＨｇ３．３７７．８４４．９５图２塔板温度与马来酸酐浓度分布图降液管停留时间／ｓ１９８．３３７．５９２６．０由图２可知，１０～１８块塔板上气液温度基本相３．２利用ＦＲＩ核算同，气相中马来酸酐浓度迅速下降，吸收主要发生在ＦＲＩ需要输入详细的结构参数以及气液相物理这９块塔板上；１９～２５块塔板上方气相中马来酸酐性质。将ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件模拟出的塔的气液相负的含量很小，且变化不大。荷、表面张力、气液相粘度，以及塔板结构参数等数图３为Ａｓｐｅｎ软件计算出的马来酸酐吸收塔各据输入ＦＲＩ软件中，液泛计算结果见表３所示。塔板气液负荷分布图。表３塔板ＦＲＩ计算结果塔板２５１０１喷射液泛，％４９．４０５１．８０５９．９０降液管液泛，％５．４８４０．８０４８．３０不发生喷射液泛概率，％９９．９９９．９９９．９不发生降液管液泛概率，％９９．９９９．９９９．９３－１６．７０３８．８０４０．８０最大液流强度／ｍ·（ｍ·ｈ）－１０．００４０．０２２０．０２３最大降液管清液层流速／ｍ·ｓ压降／ｍｍＨｇ４．８０４．９０５．５０通过表３可知，第２５块板由于液相负荷较小，而气相负荷较大，从而导致喷射液泛、降液管液泛、液流强度均较小，同时由于液相负荷较小从而导致降液管清液层流速较小；第１０块板由于中段回流图３塔板气液相负荷的存在，导致液相负荷骤然增大，气相负荷基本不由图３可知，在第１０块塔板上方进行了中段回变，使得喷射液泛、降液管液泛、液流强度均大于塔流，从而导致液相负荷骤然增大；而气体作为被吸收上部的塔板，而液相负荷的增大导致清液层液体流相，被吸收的马来酸酐只占气体负荷总量的３．２％，速加快。根据ＦＲＩ核算可确定塔内各段不发生喷射因此气体负荷基本保持不变。液泛、降液管液泛的概率为９９．９％，表明不会发生喷射液泛和降液管液泛。３塔内水力学计算３．３利用ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ核算利用Ａｓｐｅｎｐｌｕｓ模拟所得的热力学数据进行塔ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ使用比较简单，只需塔内气液相负板液泛计算。塔液泛可分为喷射液泛和降液管液荷、塔径、浮阀类型、塔盘结构等数据即可初步估算泛。利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＦＲＩ、ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ软件对塔内［４］塔内液泛。将ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件模拟数据导入ＫＧ第２５块（塔顶）、第１０块（中段回流板）、第１块（塔－Ｔｏｗｅｒ软件中，液泛计算结果见表４所示。釜）塔板进行水力学分析，并比较不同软件计算之从表４中的数据可以看出，第２５块板降液管液间的差别。泛、液流强度都比第１０块板低，而降液管流速低则３．１利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ核算导致第２５块板的降液管停留时间较长，与ＡｓｐｅｎＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件得到的水力学计算数据见表２Ｐｌｕｓ、ＦＲＩ模拟结果基本类似。所示。３．４３种软件核算结果对比由表２可知，由Ａｓｐｅｎ软件计算出的第２５块、由ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＦＲＩ、ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ计算出来的喷 第１期朱兴松等．水力学软件在吸收塔中的应用及分析４９射液泛、降液管液泛、降液管流速、降液管停留时间－Ｔｏｗｅｒ作为校核软件，其操作界面比较简单，仅需数据见表５所示。输入部分气液相流速及塔板类型就可得到水力学计表４塔板ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ计算结果算数据，但塔板类型可选种类少，特定浮阀只能利用塔板２５１０１Ｖ－１浮阀替代，导致计算结果有偏差。喷射液泛，％５９．２４５７．４８７４．７３降液管液泛，％２．５９１５．０１１５．７７４结论－１０．０６０．３６０．３８降液管流速／ｍ·ｓ压降／ｍｍＨｇ４．５８６．０４６．０１ａ）计算结果表明，吸收塔运行在较好的操作范３－１６．７１３８．８２４０．７７液流强度／ｍ·（ｍ·ｈ）围内；堰顶／ｍｍｌｉｑ．１０．０６３２．４５３３．５２ｂ）ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件用途比较广泛，对热力学计降液管停留时间／ｓ２１０．７５８．６３４．２算比较全面。利用Ａｓｐｅｎ计算塔内气液分离、温度表５３种软件部分计算结果分布、浓度分布等比较准确，但软件使用较为复杂；部分水力学参数塔板ＡｓｐｅｎＰｌｕｓＦＲＩＫＧ－Ｔｏｗｅｒ喷射液泛，％２５５２．７１４９．４０５９．２４ＦＲＩ对浮阀塔有较好的支持，计算内容较为全面，计１０４７．５７５１．８０５７．４８算结果误差较小，但对原始数据要求较高，在实际计１６８．４８５９．９０７４．７３算中要做好数据采集工作，适合现场装置工艺调优降液管液泛，％２５２．２７５．４８２．５９１０１９．９０４０．８０１５．０１时提前对塔进行校核工作；ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ软件使用较１１３．８２４８．３０１５．７７为简单，数据缺省也较多，适用于数据缺少但对水力－１２５０．００４０．００４０．０６降液管流速／ｍ·ｓ学数据要求不严格的计算，例如新塔设计、塔内水力１００．０３３０．０２２０．３６１０．０２３０．０２３０．３８学规律研究等场合；降液管停留时间／ｓ２５１９８．３１２７．４０２１０．７０ｃ）对比ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ、ＦＲＩ这３款软１０３７．５９４．９０５８．６０件，发现ＦＲＩ在界面友好及数据完整性方面优于其１２６．０３５．３０３４．２０它软件，建议先利用Ａｓｐｅｎ进行塔内热力学计算，计从表５可看出，３种水力学计算软件均表明吸算结果再输入ＦＲＩ进行水力学校核。收塔运行在较好的操作范围内，但ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＦＲＩ和ＫＧ－Ｔｏｗｅｒ在核算吸收塔水力学方面还是存在参考文献：差异，这是由各软件采用不同的计算模型而导致的。［１］杭君强．ＢＤＯ装置降低贫油消耗的方法［Ｊ］．合成技术与应ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ可进行液泛因子、降液管流速、降液管停用，２０１３，２８（３）：４０－４３．留时间等水力学计算，其中喷射液泛、降液管液泛、［２］赵仰华．利用ＦＲＩ软件分析醋酸脱水塔运转状态［Ｊ］．应用化降液管流速与ＦＲＩ核算结果类似，但降液管停留时工，２００７：３６（１０）．间相差较大。ＦＲＩ有美国精馏研究中心提供数据支［３］ＷｉｌｌｉａｍＬＬｕｙｂｅｎ，ＤｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇＡｓｐｅｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｃａｎａｄａ：ＪＯＨＮＷＩＬＥＹ＆ＳＯＮＳ，ＩＮＣ．２００６：２７持，需要填写详细的参数，且对浮阀塔有较好的数据－８５．支撑，可选择不同类型、不同质量的浮阀，所计算得［４］葛仁祥．ＫＧ－ＴＯＷＥＲ在浮阀塔水力学计算中的应用［Ｊ］．医到的水力学结果也较全面，且数据输入输出界面较药工程设计，２０１１，３２（５）．为简洁，方便软件使用人员快速查找计算结果。ＫＧＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅｉｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｗｅｒ１１２ＺｈｕＸｉｎｇｓｏｎｇ，ＷａｎｇＹｕｗｅｉ，ＹａｎｇＲｕｈｕｉ（１．ＳｉｎｏｐｅｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＹｉｚｈｅｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，ＹｉｚｈｅｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１１９００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｉｎｏｐｅｃＢＤＯＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｆＹｉｚｈｅｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，ＹｉｚｈｅｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１１９００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｄａｔａｗｅｒｅｓｉｍｐｌｙａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｓｏｆｔｗａｒｅｓ．ＦＲＩｗａｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏＡｓｐｅｎＰｌｕｓａｎｄＫＧＴｏｗｅｒｉｎｔｅｒｍｓｏｆｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｄａｔａｉｎｔｅｇｒｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｍｏｄｅｌｏｆＢＤＯｍａｌｅｉｃａｎｈｙｄｒｉｄｅａｂｓｏｒｂｅｒ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｕｓｉｎｇＡｓｐｅｎＰｌｕｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎａｐｐｌｙｉｎｇＦＲＩｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ；ＦＲＩ；ＫＧＴｏｗｅｒ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｗｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ'