Aspen-Plus模擬在氟化工中的應(yīng)用

謝青(重慶化工設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039)

隨著信息化時(shí)代的到來，信息化技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，并廣泛滲透及應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，其對各領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用，尤其是在化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其不僅為化工領(lǐng)域創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了其技術(shù)工藝手段的不斷發(fā)展，還為推動(dòng)化工領(lǐng)域的健康可持續(xù)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。As?pen-Plus軟件的開發(fā)，以及在化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，便是其典型代表，該軟件系統(tǒng)最早由美國于上世紀(jì)開發(fā)，并廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域中，因該系統(tǒng)具有計(jì)算精度高，及能夠進(jìn)行多種形式計(jì)算，并對化工裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對物性資料的大量存放等特點(diǎn)，使得其備受化工領(lǐng)域的青睞。當(dāng)前該系統(tǒng)已成為化工領(lǐng)域的最為重要的平臺(tái)之一，很多相關(guān)配套設(shè)施都是在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上得以正常運(yùn)行的，化工生產(chǎn)過程中，可以通過其獲得換熱器等多個(gè)單元，以及豐富的物性數(shù)據(jù)資料等，因而其已成為化工領(lǐng)域中最為核心的系統(tǒng)之一。下文將就Aspen-Plus模擬系統(tǒng)，當(dāng)前在氟化工中應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 Aspen-Plus模擬系統(tǒng)在氟化工中的應(yīng)用情況

1.1 NF3－CF4方面應(yīng)用情況分析

其是一種主要以HCL化學(xué)物質(zhì)當(dāng)成共沸試劑的體系，而經(jīng)過對該共沸體系進(jìn)行有效分析可以發(fā)現(xiàn)，Aspen-Plus系統(tǒng)能夠很好的應(yīng)用于其中，有效的實(shí)現(xiàn)對其精餾操作的真實(shí)模擬，而在精確計(jì)算方面，則可以采用RADFRAC模塊進(jìn)行，在對相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)及物理性質(zhì)的計(jì)算方面，則可以使用該系統(tǒng)中的相關(guān)方程模塊實(shí)施計(jì)算，即該系統(tǒng)中重要的PR方程。該系統(tǒng)的具體模擬情況，詳見下圖1.采用該系統(tǒng)對該過程進(jìn)行有效的模擬，能夠準(zhǔn)確的獲得相關(guān)的重要數(shù)據(jù)資料，如在共沸精餾過程中，其物料的相關(guān)回流比，以及在進(jìn)行進(jìn)料操作時(shí)，可以通過該系統(tǒng)軟件，準(zhǔn)確的記錄其進(jìn)料情況，并經(jīng)過相關(guān)模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉并進(jìn)行精確計(jì)算，最終得到其準(zhǔn)確的進(jìn)料比例。此外，該系統(tǒng)可以通過多次模擬過程，獲得對產(chǎn)品純度的最優(yōu)方案，因產(chǎn)品純度在很大程度上，與物料的進(jìn)料區(qū)域有著緊密的聯(lián)系，因而可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行多次模擬，最終獲得能夠使產(chǎn)品純度最高的進(jìn)料區(qū)域，這對于提高NF3－CF4體系的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，有著重要應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí)該系統(tǒng)里面所包含的RADFRAC模塊，在精餾塔設(shè)計(jì)方面，也有著重要作用，其可以通過系統(tǒng)的多次模擬，找出最佳的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)在操作方面，亦可以通過此種方式，從中找到最佳操作方式，并可以對其進(jìn)行深入的分析等，該系統(tǒng)的應(yīng)用，能極大的節(jié)約化工人力、物力及財(cái)力資源，降低化工生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中的不必要成本浪費(fèi)，極大的降低生產(chǎn)過程中安全事故發(fā)生的概率，同時(shí)對化工生產(chǎn)效率的提高，也有著積極的推動(dòng)作用，其為NF3－CF4體系的整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程等，提供重要的參考資料[1]。

圖1 NF3－CF4體系模擬圖

1.2 VDF生產(chǎn)過程應(yīng)用情況

該系統(tǒng)還能夠有效的應(yīng)用到VDF的生產(chǎn)中來，其應(yīng)用原理主要是，在嚴(yán)格依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的前提條件下，通過該系統(tǒng)對VDF的整個(gè)生產(chǎn)情況，進(jìn)行全時(shí)段全方位的模擬，并建立相應(yīng)的仿真模塊，同時(shí)對相關(guān)重要的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理的調(diào)整設(shè)置，最終可使得該模塊在真實(shí)性方面，可以比擬真實(shí)的化工生產(chǎn)流程，且在相關(guān)重要數(shù)據(jù)值方面，能將其波動(dòng)范圍有效控制在真實(shí)值的4.50%左右，從而為該系統(tǒng)后續(xù)的生產(chǎn)模擬奠定良好基礎(chǔ)。通過該系統(tǒng)構(gòu)建的此模塊，可以對其進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置后，對其精制塔實(shí)施相關(guān)研究，其參數(shù)的設(shè)置情況可以是這樣，即VDF生產(chǎn)所需設(shè)備器械保持原有種類，同時(shí)對其所使用的原料在數(shù)量及質(zhì)量上也予以保持原樣。在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行模擬，經(jīng)模擬結(jié)果顯示，通過合理的進(jìn)料區(qū)域的選擇，可以將VDF產(chǎn)品的產(chǎn)量極大的提升，其提升量比率最高可以達(dá)到4,10%,同時(shí)在模擬過程中，還發(fā)現(xiàn)在精制塔的9-13層板范圍內(nèi)，是其最為高效的原料投放區(qū)域，在該區(qū)域進(jìn)料，能夠有效的提升VDF的產(chǎn)量，此外，在產(chǎn)品純度方面，通過模擬過程，還可以發(fā)現(xiàn)其與物料的回流比存在一定的聯(lián)系。由此可看出通過該系統(tǒng)的仿真模擬，能夠極大的節(jié)約該研究過程中原料的浪費(fèi)，節(jié)省人力資源，提升生產(chǎn)效率。同時(shí)還能對VDF生產(chǎn)工藝的更新?lián)Q代，也有著重要作用，因該模擬研究過程發(fā)現(xiàn)，可以通過去除若干塔設(shè)備的方式，通過側(cè)線采出的手段，實(shí)現(xiàn)對工藝技術(shù)的升級(jí)，同時(shí)對于設(shè)備制造資金投入，也是巨大的節(jié)約。對經(jīng)過改良的精制塔再次進(jìn)行模擬，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)VDF產(chǎn)量最高的進(jìn)料方案是，在19層塔板區(qū)域投放原料，而在側(cè)線出料的區(qū)域方面，其經(jīng)過模擬計(jì)算，其準(zhǔn)確位置是第5塔板，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)CO脫除率等，還與回流比存在一定的聯(lián)系[2]。

1.3 HFPO與HFP分離應(yīng)用情況

HFPO是一種重要的有機(jī)氟化工原料，其是多種氟化工工藝過程中的重要產(chǎn)物之一，因而其在氟化工中的重要性可想而知，該物質(zhì)主要由HFP通過一些列反應(yīng)獲得，其中最重要的方式采用氧化的方式，由于有機(jī)反應(yīng)反應(yīng)不完全，因而在反應(yīng)生成HFPO物質(zhì)的同時(shí)，還有部分HFP物質(zhì)沒有反應(yīng)完全而遺留下來，最終形成兩者的混合物。而為了獲得純度較高的HFPO，就必須該混合物進(jìn)行化學(xué)分離，在有機(jī)混合物的分離上，一般采用蒸餾或萃取的手段，然而由于HFPO的沸點(diǎn)是-27.4℃,而HFP物質(zhì)，其沸點(diǎn)是-29.4℃，兩者沸點(diǎn)相差不大，采用蒸餾的方法很難獲得高純度的餾分，因而在分離中，主要采取萃取的方式，實(shí)現(xiàn)對該混合物的有效分離，為了提升萃取效率，獲得最佳萃取方案，可采取Aspen Plus系統(tǒng)，對其萃取過程進(jìn)行模擬，萃取劑的最佳選擇，是CH2Cl2，而該過程高效進(jìn)行的重要前提是，獲得該混合物的氣液平衡信息資料。在模擬中，經(jīng)過多次的變量改變，從中選擇最佳的萃取方案，這些變量包括溶劑比，以及不同進(jìn)料區(qū)域等，通過多次的萃取模擬，其結(jié)果顯示，為了實(shí)現(xiàn)混合物的高效分離，提升HFPO的分離純度，將其回流比設(shè)置在3.50，在第4塔板區(qū)域，將溶劑投放進(jìn)去，HFPO物質(zhì)的分離純度，能夠高達(dá)98,88，該純度的HFPO可以用于各種氟化工生產(chǎn)中，因而該分離工藝非常具有實(shí)效。通過使用該系統(tǒng)對真實(shí)的萃取分離過程進(jìn)行模擬，能極大的節(jié)約萃取實(shí)驗(yàn)中HFPO等重要原料的不必要損失，同時(shí)還能節(jié)省人力資本，在較短的時(shí)間內(nèi)找到，其最佳的萃取方案，這有利于萃取工藝的優(yōu)化提升，對于今后的氟化工中，有機(jī)混合物的分離操作，有著重要的參考作用[3]。

2 結(jié)語

由以上可以看出，Aspen-Plus系統(tǒng)可以用于多個(gè)氟化工的生產(chǎn)過程模擬中，在節(jié)省大量人力、物力及財(cái)力資本的同時(shí)，還能有效的提升化工生產(chǎn)效率，對于化工新工藝的創(chuàng)新也有著重要推動(dòng)作用，因而加大對該模擬系統(tǒng)的進(jìn)一步研究，有著積極意義。

[1]李盛姬,田端正,吳江平,張建君.Aspen Plus模擬在氟化工中的應(yīng)用研究[J].有機(jī)氟工業(yè),2011,(02):36-40.

[2]李萌萌,姜召,李璐,方濤.Aspen Plus在超臨界流體技術(shù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2014,(S1):19-26.

[3]王帥,鐘宏,金一粟,滿瑞林,李海普.Aspen Plus在化工專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].化工時(shí)刊,2010,(02):67-70.