模拟移动吸附床说明书.docx

《模拟移动吸附床说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟移动吸附床说明书.docx（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、模拟移动吸附床说明书1、二甲苯分离概述混合二甲苯一般用作溶剂及汽油掺合组分，它的异构体则是重要的化工原料。对二甲苯（PX）、邻二甲苯（OX）和间二甲苯（MX）分别是合成聚酯树脂、苯酐和间苯二甲酸的主要原料。随着聚酯工业的发展，PX的生产将迅速增长，预计年增长率在5.6%左右。在生产中需将PX与异构体进行分离，其他异构体通过异构化反应转化为对、邻、间二甲苯平衡混合物，从而增产PX。从混合二甲苯中分离PX的方法主要有深冷结晶法、络合分离法和吸附分离法。目前，全世界广泛采用的是美国环球油品公司(UOP)的模拟移动床吸附分离技术。2、模拟移动床吸附分离为了吸取固定床工艺和移动床工艺各自的优点，避免它们

2、各自的缺点，开发了模拟移动床吸附分离工艺。其主要构思：吸附剂床层在塔内固定不动，吸附剂不断交替的进入吸附段和解吸段，即是定期同时移动物料进出口的位置。其操作如图1所示：图1 模拟移动吸附床吸附分离装置示意图上图为UOP公司开发的Parex模拟移动床吸附分离PX的工业装置示意图，吸附塔一般由24个塔节组成，通常为了降低塔的高度，把吸附塔分成两个，每个塔12个塔节。用循环泵使塔内物料自下而上流动而形成吸附床层自上而下的相对移动的效果。每个塔节都有管线与一个特殊的24通道旋转阀相联，这一阀门还联接着进料F管线（F包括吸出组分A+吸余组分B）、解吸剂D进入管线、吸出液E（A+D）及吸余液R（B+D）流

3、出管线。吸出液E和吸余液R分别进入精馏塔进行解吸剂的回收，将脱出的解吸剂D通过旋转阀送回吸收塔。3、吸附塔模拟及分析3.1吸附塔模拟由于模拟移动吸附床的进出料位置时刻移动，无法采用Aspen plus进行稳态模拟，本项目采用Aspen Chromatograhy对该过程进行动态模拟。其模拟图如图2所示：图2 24段吸附床模拟图其中混合二甲苯物料最初从第16床层进入吸附塔，解吸剂PDEB从第1床层进入，吸出液E从第7床层引出，吸余液从第22床层引出。吸附段床层为7个，解吸剂床层为6个，一精段床层为8个，二精段床层为3个。本项目中床层管线切换一次时间间隔为1.15min。3.2吸附模拟参数设定（模

4、型假设）我们主要从5个方面对模拟移动吸附床的参数进行设定，PDE Discretization Method、Material Balance、Kinetic Model、Isotherm、Energy Balance。PDE Discretization Method（数值离散计算方法）本项目沿空间方向离散化后的常微分方程组运用MATLAB的OCFE4求解器进行求解，其具体设定如下图3所示：图3 数值离散计算设定Material Balance对于物料平衡假设，我们选择的是基于Peclet准数的对流扩散模型。Peclet准数是一个无量纲数值，用来表示对流与扩散的相对比例。随着Pe数的增大，输

5、运量中扩散输运的比例减少，对流输运的比例增大。经过文献查询得到混合二甲苯的Pe准数，其值为2000n/a。Kinetic Model（动力学模型）我们选择Linear Lumped Resistance作为本项目中模拟移动吸附床的动力学模型，即是用线性推动力方程描述孔内扩散传质。经过文献查询可得到各物质的质量传递系数ki，其值为0.031cm/min。Isotherm（等温模型）我们选择Extended Langmuir（扩展的朗缪尔等温吸附）作为本项目模拟移动吸附床的等温吸附模型。为表面覆盖率，为朗缪尔吸附常数。本项目中为液体吸附，将上述公式进行转化：其中为朗缪尔吸附常数，其公式如下：由上述

6、公式可以看出：随着吸附结合能的增加而增加，随着温度的减少而增加。由文献查询可得到本项目中各物质的朗缪尔吸附常数，其值如下表所示：Energy Balance经文献查询可得，本项目模拟移动吸附床的吸附热很小，可忽略不计，于是可将吸附过程视为等温吸附。根据温度与朗缪尔吸附常数的关系可知，温度越低，其吸附常数越大，则吸附剂对PX的吸附能力越强。但在吸附过程中需保证液相混合二甲苯原料不汽化，拟定本项目中模拟移动吸附床层压力为1.2MPa，温度为180。3.3模拟移动吸附床结果分析经过模拟分析可得到如下图所示的结果图4：图4 模拟移动吸附床稳定浓度分布结果由上图可以看出，横坐标为吸附分离塔床层数，纵坐标

7、为混合二甲苯各组分的浓度。每个床层取12个点进行浓度分析，于是共288个点进行浓度分析，最终得到上图的浓度分布图。其中吸出液E从第7床层引出，吸余液从第22床层引出。从图中可以看出，吸出液E中的PX的浓度为0.638，符合设计要求。4、模拟移动床吸附分离设备及控制为降低吸附塔的高度，本项目将其分成两个吸附塔，每个塔共12个塔节，每个吸附塔由格栅分隔为多个吸附床层。格栅的作用是：将来自上一床层的物料重新分布到下一床层，将外部引入的物料与来自上一床层的物料混合均匀，将来自上一床层的物料中的一部分引出吸附塔。格栅允许液体通过并拦截吸附剂颗粒逸出吸附剂床层，其上下表面一般采用金属丝编织网、金属烧结网或

8、翰逊网。从外部引入的物料至某一床层，和从上一床层引出吸附塔的物料都通过一根与该床层格栅相连的管线进入和引出吸附床层。其具体结果图如下图5所示：图5 模拟移动吸附床结构图模拟移动吸附床有24个由格栅隔开的吸附床层，按图5每个吸附床层设置六条进出料管线，24个吸附床层共有6 X 24个开关阀门。解吸剂注入与吸出液采出之间的解吸段有6个吸附床层，吸出液采出与原料注入之间的一精段有8个吸附床层，原料注入与吸余液采出之间的吸附段有7个吸附床层，吸余液采出与解吸剂注入之间的二精段有3个吸附床层。在某一时刻，各股进出物料与不同的床层相连的开关阀中有6个处于开通状态，其余处于关闭状态。每间隔特定的时间，即一个

9、步进时间，各股进出物料的位置均下移一个吸附床层。一个步进时间为69s。吸附塔内物料循环构成一个首尾相接的闭环，由循环泵为物料循环提供动力，循环泵的流量按照其所在区域需要的流量控制，循环泵的数量小于等于吸附塔数目。为将需要冲洗的含有残留物料的吸附床层进出管线的体积减至最小，本项目采用将吸附塔中每个床层的进出物料都用一根进出料管线与格栅分布到吸附床层的管线相连，进出同一床层的各物料均由并列设置的开关阀门单独控制，各吸附床层设置的开关阀应尽量靠近吸附塔，从而使连接管线的体积减至更小。其控制如下图6所示：图6 某一床层进出口管线控制为消除输送物料管线中残留物料对吸附分离过程的影响，保证分离出高纯度的PX产品，需要对已经通过原料即将通过抽出液的管线进行冲洗，在产出高纯度PX产品的同时又避免冲洗对吸附分离过程的不利影响。为此，本项目于一精段从两个不同位置分别注入吸出液对管线进行冲洗，使冲洗后床层中存留的物料组成与即将通过此管线的物料组成接近，冲洗进入床层的物料组成与所注入床层中的物料组成相接近，以使冲洗对吸附分离过程的影响最小。冲洗液A、B进料如下图7所示：图7 冲洗液A、B进料位置