三氯乙烯装置工况分析与模拟优化

作     者：周杰 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张立武;魏顺安

授予年度：2020年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：三氯乙烯 AspenPlus 工况分析 模拟优化 反应器 

摘      要：三氯乙烯用途广泛,可用于清洗剂、溶剂和化工中间体,也是绿色制冷剂HFC-134a的重要原料。历史上生产三氯乙烯的方法较多,目前国内外主要采用的是气相催化脱氯化氢法,即以乙炔和氯气为原料,经中间产物四氯乙烷催化脱氯化氢制备三氯乙烯。本论文以国内某化工厂年产3万吨三氯乙烯生产装置为工业背景,根据设备结构参数、设计工艺参数、实际运行参数以及DCS实时数据,通过AspenPlus对其进行过程模拟和优化分析,分析现有装置的运行工况,提出优化策略,并探究脱氯化氢反应器结构对转化率的影响。通过模拟与分析,发现精馏分离工段中的四氯乙烷塔、三氯乙烯塔和四氯乙烯塔存在问题:(1)四氯乙烷塔因塔顶回流量偏小导致分离效率较低和塔底四氯乙烷纯度不达标;由EDR软件对四氯乙烷塔再沸器的校核可知其余量较小,在不对塔结构和填料进行改造的前提下,通过塔顶气体分级冷凝回流的方案,既提高了回流温度,也在不增加塔底热负荷的情况下增加了回流量,将塔底四氯乙烷的纯度由98.11%提升至98.19%。(2)三氯乙烯塔分离效率偏低,导致三氯乙烯塔顶采出量减小而使一部分三氯乙烯进入后续的的中间馏分塔和四氯乙烯塔,增加能耗,且造成副产品四氯乙烯纯度降低。(3)四氯乙烯塔的的回流量偏小导致填料喷淋密度不足,且填料比表面积利用率较低,进而影响到分离效果。另外,对气相催化脱氯化氢反应器的模拟分析表明,脱氯化氢反应器出口转化率对温度较为敏感,转化率随温度的升高而增大;管径较小、长径比较大的反应器结构有利于增强传热效果,提升反应转化率;以结构参数为5m/Φ33.3×2.9mm/4m的反应器为例探究停留时间对转化率的影响,停留时间小于30s时,反应器转化率随停留时间的增大而增大,停留时间大于30s时,继续增大停留时间,转化率变化较小;当进料波动小于1.6倍时,脱氯化氢反应器转化率仍能保持在80%以上,能够较好的处理实际工况中的进料波动情况。利用AspenPlus对三氯乙烯生产装置的模拟分析,比较准确地发现工况中存在的问题,并提出合理的优化方案,对企业的优化生产有一定理论指导意义。