Aspen-Plus模拟在氟化工中的应用

谢青(重庆化工设计研究院，重庆 400039)

随着信息化时代的到来，信息化技术的不断发展进步，并广泛渗透及应用于社会各个领域，其对各领域的发展发挥了重要的推动作用，尤其是在化工领域的广泛应用，其不仅为化工领域创造了巨大的经济效益，促进了其技术工艺手段的不断发展，还为推动化工领域的健康可持续发展作出重大贡献。As⁃pen-Plus软件的开发，以及在化工领域的广泛应用，便是其典型代表，该软件系统最早由美国于上世纪开发，并广泛应用于化工领域中，因该系统具有计算精度高，及能够进行多种形式计算，并对化工装置进行优化，同时可以实现对物性资料的大量存放等特点，使得其备受化工领域的青睐。当前该系统已成为化工领域的最为重要的平台之一，很多相关配套设施都是在该系统的基础上得以正常运行的，化工生产过程中，可以通过其获得换热器等多个单元，以及丰富的物性数据资料等，因而其已成为化工领域中最为核心的系统之一。下文将就Aspen-Plus模拟系统，当前在氟化工中应用情况进行详细分析。

1 Aspen-Plus模拟系统在氟化工中的应用情况

1.1 NF3－CF4方面应用情况分析

其是一种主要以HCL化学物质当成共沸试剂的体系，而经过对该共沸体系进行有效分析可以发现，Aspen-Plus系统能够很好的应用于其中，有效的实现对其精馏操作的真实模拟，而在精确计算方面，则可以采用RADFRAC模块进行，在对相关物质的化学及物理性质的计算方面，则可以使用该系统中的相关方程模块实施计算，即该系统中重要的PR方程。该系统的具体模拟情况，详见下图1.采用该系统对该过程进行有效的模拟，能够准确的获得相关的重要数据资料，如在共沸精馏过程中，其物料的相关回流比，以及在进行进料操作时，可以通过该系统软件，准确的记录其进料情况，并经过相关模块对数据进行捕捉并进行精确计算，最终得到其准确的进料比例。此外，该系统可以通过多次模拟过程，获得对产品纯度的最优方案，因产品纯度在很大程度上，与物料的进料区域有着紧密的联系，因而可以通过该系统进行多次模拟，最终获得能够使产品纯度最高的进料区域，这对于提高NF3－CF4体系的生产效率及质量，有着重要应用价值。与此同时该系统里面所包含的RADFRAC模块，在精馏塔设计方面，也有着重要作用，其可以通过系统的多次模拟，找出最佳的设计方案，同时在操作方面，亦可以通过此种方式，从中找到最佳操作方式，并可以对其进行深入的分析等，该系统的应用，能极大的节约化工人力、物力及财力资源，降低化工生产设计过程中的不必要成本浪费，极大的降低生产过程中安全事故发生的概率，同时对化工生产效率的提高，也有着积极的推动作用，其为NF3－CF4体系的整个设计、生产过程等，提供重要的参考资料[1]。

图1 NF3－CF4体系模拟图

1.2 VDF生产过程应用情况

该系统还能够有效的应用到VDF的生产中来，其应用原理主要是，在严格依据实际生产的前提条件下，通过该系统对VDF的整个生产情况，进行全时段全方位的模拟，并建立相应的仿真模块，同时对相关重要的参数指标进行合理的调整设置，最终可使得该模块在真实性方面，可以比拟真实的化工生产流程，且在相关重要数据值方面，能将其波动范围有效控制在真实值的4.50%左右，从而为该系统后续的生产模拟奠定良好基础。通过该系统构建的此模块，可以对其进行相关参数的设置后，对其精制塔实施相关研究，其参数的设置情况可以是这样，即VDF生产所需设备器械保持原有种类，同时对其所使用的原料在数量及质量上也予以保持原样。在此基础上对其进行模拟，经模拟结果显示，通过合理的进料区域的选择，可以将VDF产品的产量极大的提升，其提升量比率最高可以达到4,10%,同时在模拟过程中，还发现在精制塔的9-13层板范围内，是其最为高效的原料投放区域，在该区域进料，能够有效的提升VDF的产量，此外，在产品纯度方面，通过模拟过程，还可以发现其与物料的回流比存在一定的联系。由此可看出通过该系统的仿真模拟，能够极大的节约该研究过程中原料的浪费，节省人力资源，提升生产效率。同时还能对VDF生产工艺的更新换代，也有着重要作用，因该模拟研究过程发现，可以通过去除若干塔设备的方式，通过侧线采出的手段，实现对工艺技术的升级，同时对于设备制造资金投入，也是巨大的节约。对经过改良的精制塔再次进行模拟，可以发现实现VDF产量最高的进料方案是，在19层塔板区域投放原料，而在侧线出料的区域方面，其经过模拟计算，其准确位置是第5塔板，同时还发现CO脱除率等，还与回流比存在一定的联系[2]。

1.3 HFPO与HFP分离应用情况

HFPO是一种重要的有机氟化工原料，其是多种氟化工工艺过程中的重要产物之一，因而其在氟化工中的重要性可想而知，该物质主要由HFP通过一些列反应获得，其中最重要的方式采用氧化的方式，由于有机反应反应不完全，因而在反应生成HFPO物质的同时，还有部分HFP物质没有反应完全而遗留下来，最终形成两者的混合物。而为了获得纯度较高的HFPO，就必须该混合物进行化学分离，在有机混合物的分离上，一般采用蒸馏或萃取的手段，然而由于HFPO的沸点是-27.4℃,而HFP物质，其沸点是-29.4℃，两者沸点相差不大，采用蒸馏的方法很难获得高纯度的馏分，因而在分离中，主要采取萃取的方式，实现对该混合物的有效分离，为了提升萃取效率，获得最佳萃取方案，可采取Aspen Plus系统，对其萃取过程进行模拟，萃取剂的最佳选择，是CH2Cl2，而该过程高效进行的重要前提是，获得该混合物的气液平衡信息资料。在模拟中，经过多次的变量改变，从中选择最佳的萃取方案，这些变量包括溶剂比，以及不同进料区域等，通过多次的萃取模拟，其结果显示，为了实现混合物的高效分离，提升HFPO的分离纯度，将其回流比设置在3.50，在第4塔板区域，将溶剂投放进去，HFPO物质的分离纯度，能够高达98,88，该纯度的HFPO可以用于各种氟化工生产中，因而该分离工艺非常具有实效。通过使用该系统对真实的萃取分离过程进行模拟，能极大的节约萃取实验中HFPO等重要原料的不必要损失，同时还能节省人力资本，在较短的时间内找到，其最佳的萃取方案，这有利于萃取工艺的优化提升，对于今后的氟化工中，有机混合物的分离操作，有着重要的参考作用[3]。

2 结语

由以上可以看出，Aspen-Plus系统可以用于多个氟化工的生产过程模拟中，在节省大量人力、物力及财力资本的同时，还能有效的提升化工生产效率，对于化工新工艺的创新也有着重要推动作用，因而加大对该模拟系统的进一步研究，有着积极意义。

[1]李盛姬,田端正,吴江平,张建君.Aspen Plus模拟在氟化工中的应用研究[J].有机氟工业,2011,(02):36-40.

[2]李萌萌,姜召,李璐,方涛.Aspen Plus在超临界流体技术中的应用研究进展[J].化工进展,2014,(S1):19-26.

[3]王帅,钟宏,金一粟,满瑞林,李海普.Aspen Plus在化工专业教学中的应用[J].化工时刊,2010,(02):67-70.