芳烃抽提蒸馏工艺流程模拟
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抽提蒸馏工艺是新兴的芳烃抽提工艺，单元中物系之间的二元交互作用参数是完成流程模拟的关键，目前还未见可用于抽提蒸馏工艺模拟的二元交互作用参数的报道。本文应用文献报道的方法，得到了相关物系之间的二元交互作用参数，并且完成了抽提基-馏工艺的流程模拟。通过结果对比，发现此方法有一定的误差，有待进一步改进。
随着芳烃联合装置不断的大型化，我国三苯芳烃的产能也不断的增加。芳烃联合装置中芳烃和非芳烃分离的芳烃抽提单元是重要的生产单元，目前多采用溶剂抽提和抽提蒸馏的方法，由于抽提蒸馏工艺具有流程短、操作简便、能耗低等优点，近年来得到了大量的采用。现有的芳烃抽提蒸馏工艺多采用环丁砜作为溶剂，相比于其他种类溶剂，它溶解能力强、选择性好，已得到广泛采用。
化工装置的流程模拟始于20世纪50年代，现已成为一种普遍采用的常规手段而广泛应用于化工过程的研究开发、设计、生产过程的控制、优化及技术改造等方面。随着计算机技术的发展及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件广泛应用于化工过程模拟中，其中主要有Aspen Plus和PRO/II等。
环丁砜芳烃模拟计算由于物系较强的非理想性，现有的商业软件中缺少大量的二元交互参数，因此无法仅仅通过现有公开的软件建立模型。魏奇业等应用用正规溶液理论对该体系未知的交互参数进行预测，热力学模型采用Pro/II中的醇包，对烷烃-芳烃-环丁砜体系进行了较为准确的模拟，但模拟结果存在较大误差。王健等应用Aspen Plus软件以修改热力学模型为基础对芳烃抽提过程建立的流程对于其指定的进料条件可以作为工艺数据包来使用，但不能对不同进料条件的芳烃抽提装置进行准确模拟。曹湘洪简要介绍了模拟所需二元交互参数估算的方法，但是该方法有待改进。王凌燕等查取物系之间的液液平衡数据，采用NTRL方程回归得出二元交互参数之后将其应用于环丁砜液液抽提芳烃过程的计算。但是实验数据是在常温下测量的，对于高温状态下的抽提蒸馏过程能否应用还未见报道。
昆仑工程公司正着力于芳烃生产装置的研发，芳烃抽提蒸馏工艺的模拟计算是用常规模拟手段不能解决的。如能完成对抽提蒸馏工艺的模拟，即可攻克专利商的技术壁垒，提高我公司芳烃装置的设计水平，有效的指导工程设计。本文将采用文献5中的方法得到抽提物系之间的二元交互作用参数，尝试对抽提蒸馏过程进行计算。
芳烃抽提蒸馏工艺流程
芳烃抽提蒸馏工艺流程如图1所示。原料经进料泵加压后在抽提蒸馏塔中部进塔，贫溶剂和进料换热后，再和冷却水换热，在抽提蒸馏塔塔顶进塔。塔顶上升蒸汽直接从底部通入非芳烃蒸馏塔，非芳蒸馏塔塔顶蒸汽进入空冷冷凝，冷凝液流入回流罐，回流罐中的非芳烃经回流泵增压，一部分作为回流从塔顶进塔，一部分作为产品采出。非芳蒸馏塔塔釜物料经塔底泵增压，从蒸馏抽提塔塔顶进入抽提塔。富溶剂从抽提蒸馏塔塔釜采出，经塔釜泵增压后从回收塔中部进塔。塔顶蒸汽经空冷和水冷冷凝冷却后进入回流罐，回流罐中的芳烃经回流泵增压，一部分作为回流从塔顶进塔，一部分作为产品采出。塔釜热贫溶剂经塔釜泵增压后，先和两个回流罐水包中采出的水换热，再作为非芳蒸馏塔塔釜热源。其后，再和进料换热，再经冷却水降温进入抽提蒸馏塔。一部分热贫溶剂，送入溶剂再生罐再生。两塔回流罐水包采出的水汇合，和热贫溶剂换热后，作为再生蒸汽进入溶剂再生罐。再生罐顶汽提蒸汽通入再生塔底部，罐底采出的是溶剂废渣。
芳烃抽提装置流程
本文以石科院对我公司承接的宁夏宝塔PTA工程提供的芳烃抽提方案为基础，进行模拟计算。
1 进料条件
芳烃抽提进料具体信息如下：温度为40℃，压力0.7MPaG，进料流量30880kg/h。其中，C5P占1.8%，C6P占24.74%，C7P占14.29%，C8P占4.2%，C6N占2.06%，C7N占1.07%，C8N占0.4%，苯占19.37%，甲苯占30.68%，二甲苯0.74%。
2 操作参数
具体装置操作参数如下：抽提蒸馏塔塔顶压力0.06MPaG，溶剂比4，塔顶温度108℃，塔釜温度175℃；非芳烃蒸馏塔塔顶压力0.06MPaG，塔顶温度80℃；溶剂回收塔塔顶压力-0.05MPaG，塔顶温度72℃，塔釜温度175℃。
3 物性方法的选择
在芳烃抽提装置中，由于环丁砜-芳烃-非芳烃体系属于非理想性物系，因此采用活度系数方法NRTL方程对抽提蒸馏工艺进行模拟计算。
对于含有m个组分的多元物系，NRTL方程共有3m（m-1）/2个二元交互作用参数，这些参数均可由二元物系的汽-液平衡数据确定而无需任何多元物系数据。实验数据表明，NRTL方程中的参数通常在0.2～0.47之间，文献6曾报道可按不同类别的溶液指定一相应的常数来处理。如果采用此方法，则NRTL方程转化为两参数模型。文献7曾对NRTL模型中的参数做过专门的研究，发现将其取值为-1时能够得到较好的关联和预测效果。经过文献5的研究，该第三参数的取值适用于不溶于环丁砜的非芳烃，而对于溶于环丁砜的芳烃，则取0.3较为适宜。应用数据库中已有的液液平衡数据，回归得到二元交互参数进行模拟计算；对于仍然缺失的二元交互参数，应用正规溶液理论对其进行估算，得到二元交互参数。
4 本文模拟结果
本文采用ASPEN PLUS对所建模型进行求解。首先对工艺流程进行分析，寻找合适的循环回路，确定适宜的断裂流股，最后按照工艺流程顺序求解整个模型。所确定的流程中断裂流股为非芳蒸馏塔塔釜采出物流、非芳蒸馏塔回流物流、溶剂回收塔回流物流、再生溶剂物流、热贫溶剂物流。选取Wegsterin法进行迭代计算，收敛标准为0.001。由于方案中没有具体流股的信息，所以对比了达到相同分离要求时方案参数和模拟结果，结果见1表。
从表1的对比结果可以看出，在保证相同的分离要求下，本文模拟过程的参数和专利商提供的方案之间还是有一定的差距。原因在于所得到的液液平衡数据是在较低温度下测得的，没有涵盖抽提蒸馏操作参数的变化范围，具体体现在抽提蒸馏塔操作参数的误差较大。而且本文采用的确定二元交互作用参数的方法还存在一定的误差，还有待于进一步改进。
结论
本文基于文献报道的方法，得到了芳烃抽提单元物系之间的二元交互作用参数，并对芳烃抽提蒸馏工艺流程进行了模拟计算，得到如下结论。
1 基于现有文献中报道的和软件中携带的芳烃和非芳烃体系相平衡实验数据，采用活度系数模型NRTL进行拟合，通过改进非芳烃和环丁砜之间的第三参数，回归得到了二元交互作用参数；对于缺少实验数据的物系，文献中报道的正规溶液理论进行估算。
2 应用得到的二元交互作用参数对芳烃抽提蒸馏装置进行了模拟计算，结果和专利商提供的数据还存在一定的偏差，需要进一步的改进，但是此工作对于常规模拟来说，已是较大的进步。