Aspen 案例篇 | 如何做精馏塔的侧线采出

1、前言

一般而言，对于三组分的精馏需要两个普通精馏塔，但如果采用了侧线采出，一个精馏塔就完全可以分离三组分，极大的节约了设备的成本，当然也会节约可观的能耗。当然对于某些含有杂质比较多的体系，可以通过侧线采出杂质来保证产品的纯度，同时也使后续的分离过程更加简单。本教程主要是为了演示做精馏的侧线采出的方法和过程，作者并未对本教程所涉及的输入参数进行优化和分析，如有兴趣可以对本教程的参数进行优化。

本教程对乙二醇生产中涉及到的乙二醇的侧线采出的模拟过程进行详细叙述，下面便是详细过程。

2、问题描述与分析

已知有一股含有乙二醇的工艺物流，其组成如表1

表1 物流组成

该物流主要组分为水，EG（乙二醇）和DEG（二乙二醇），其他组分影响比较小。在常压下，乙二醇和和二乙二醇的沸点比较高，因此用减压精馏，压力为0.2 bar，进料温度定为50℃。

在进行侧线采出之前，我们首先要按照普通精馏进行模拟，这样做的目的是需要知道关键组分乙二醇在塔内的分布，含量最高的那一塔板就是侧线采出的位置，而且根据关键组分在这一塔板的含量可以确定采出量。

3、普通精馏模拟

水和其他组分的沸点差比较大，因此水比较容易分离，并且水的含量比较高，在分离时应该首先除去，所以水是轻关键组分，乙二醇是重关键组分。对于新手来说，会经常采用DSTWU模块获取关键参数，但这样比较麻烦，增加了工作量。其实我们完全可以估算这些参数，如果轻重关键组分的沸点差比较大，那么精馏塔的回流比和理论板数就比较小，相反就会偏大。在估算这些参数后，可以通过灵敏度分析重新计算这些参数，从而获得比较准确的参数。由于水和乙二醇的沸点差异比较大，不妨就取回流比为2，理论板为20，进料板为10，塔顶采出纯水，采出量为537.9 kmol/h（PS：这些参数肯定要比实际参数偏大，这些参数不是我们本期教程的关键，希望读者不要太在意，有兴趣的读者可以优化这些数据。）

图1 输入参数

输入完成后，开始运行。从图2中可以看到，塔顶得到高纯度的水，说明上述参数是可行的。

图2 塔顶物流的组成

前面已经提到，在做侧线采出之前做普通精馏是为了得到关键组分在塔内部的分布，从而确定采出位置和采出量。表2和表3是塔的气液相质量组成分布，表中仅展示关键塔板（乙二醇质量分数最大值周围的塔板）的分布数据。

表2 塔的液相质量组成分布

表3 塔的气相质量组成分布

从表2和表3中可以看到，在液相中，乙二醇的含量在第八块板最高，为0.9916，在气相中，乙二醇的含量在第15块到17块塔板达到最高，为0.99912，因此侧线采出的位置为16块，气相采出，采出量为209.004÷0.99912=209.188kmol/h。到此，侧线采出所需要的参数已经全部获得，接下来便是进行侧线精馏的模拟。

4、 侧线精馏模拟

接下来便是侧线的模拟，主要工作在前面已经全部完成了，接着就是把这些数据填入侧线精馏塔中。图3展示了精馏塔周围的物流线。

图3 精馏塔的周围物流线

在图3中所示的 SideProduct就是侧线，侧线下面的那一条线是Pseudo Stream是虚拟物流，二者的区别就是前者是实实在在存在的物流线，采出了就对塔的气液分布产生影响，后者是不存在的物流，它的存在就是为了引出塔板的数据，对塔的气液分布不产生影响。初学者也常将这些物流线搞错，可以参考帮助文件，在进行画物流线时也要小心谨慎。

在连接好侧线后就可以填上上面的数据。值得注意的是，由于侧线采出对塔的气液分布有一定的影响，如果填上已经计算好的采出量，必然得不到我们期待的采出纯度，因此可以适当减少采出量，当然也可以通过后面的灵敏度度分析来优化这个参数。本教程采出量定为208.455kmol/h。图4是侧线塔的参数设置，图5是侧线采出位置和采出量的设置。

图4 侧线精馏塔参数

图5 侧线采出设置

至此便完成了侧线精馏塔的参数设置，运行后侧线物流数据如图6，可以看出得到了高纯的乙二醇。

图6 侧线采出物流数据

以上就是本教程的全部内容，案例比较简单，主要也是为了便于大家理解侧线采出的一般原则和具体做法。如有更多问题，也欢迎留言交流！

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