无水氟化氢生产装置分离系统的流程模拟与方案对比

摘要

近十年来，氟化工行业不断发展，在越来越多的领域如国防、制冷行业、炼铝行业、金属酸洗、玻璃行业、微电子行业、医药行业等发挥着重大的作用。无水氟化氢是合成有机及无机含氟化合物的基础原材料之一。随着无水氟化氢需求量的逐渐增大，如何改进并优化其工业化的生产技术，降低生产消耗成为研究的重点。
　　我国工业上常用无水氟化氢的生产技术是以萤石-硫酸法为主。本文以20kt/a的无水氟化氢工业化生产装置为例，使用化工流程模拟软件Aspen Plus模拟了无水氟化氢的分离流程，对工艺流程分离方法和生产能耗进行了详细的计算和分析，具体内容如下:
　　本文根据分离工艺流程图建立了无水氟化氢分离过程的常压法和加压法的模拟流程。通过数据分析与回归分析计算出残差值和残差百分比，选择模块中合适的物性方法。其中硫酸吸收塔及粗HF洗涤塔选择ELECNRTL模型，其他模块选择WILS-HF模型。在模拟结果可行的基础上对流程做优化调整，从进料位置，理论塔板数，回流比这三方面做灵敏度分析，选择切合的输入数据。流程运算结果与工业实际装置的生产数据基本一致。
　　为比较两种分离方法的优劣，本文对无水氟化氢生产装置进行了能耗计算，计算结果表明，每生产1t AHF产品，常压分离流程能耗总值可折算为301.795kg标准油，加压分离流程能耗总值可折算为263.471kg标准油。加压流程操作费用较低，每年可节约14.55％的操作费用，同时考虑到在设备投资方面的成本节省，分析得知，加压分离流程可以综合降低实际的生产成本，具有更好的经济效益。
　　为了达到选择最优流程的目的，本文对比了两步冷凝流程和精馏过程中脱重与脱轻先后顺序的模拟结果。结果显示，采用先脱重后脱轻的顺序能够在消耗相同能耗的前提下，显著提高产品产量和产品质量，在工业化生产中较为合适。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 无水氟化氢的研究进展和现状

1．1．1 国内无水氟化氢技术发展过程

1．1．2 无水氟化氢生产装置现状

1．2 无水氟化氢的生产技术

1．2．1 萤石-硫酸法生产无水氟化氢

1．2．2 氟硅酸法制取无水氟化氢

1．3 工业无水氟化氢的分离方法

1．3．1 压缩冷凝法

1．3．2 精馏法

1．3．3 吸收法

1．4 应用Aspen Plus软件模拟工艺流程

1．4．1 Aspen Plus简介

1．4．2 Aspen Plus的工业应用

1．5 研究的目的和意义

第二章 工艺流程的模拟与优化

2．1 无水氟化氢分离工艺流程

2．2 模拟模块的选定

2．3 物性方法的选择

2．4 工艺流程与工艺参数

2．4．1 无水氟化氢加压分离流程的模拟

2．5 模拟加压流程的设备参数及优化

2．5．1 T2粗HF洗涤塔

2．5．2 两步冷凝设备

2．5．3 T3精馏分离

2．5．4 T4脱气塔

2．5．5 T1硫酸吸收塔

2．6 加压模拟流程的优化

2．6．1 T3精馏塔的灵敏度分析

2．6．2 T4精馏塔HF脱气塔的灵敏度分析

2．7无水氟化氢常压分离流程的模拟

2．7．1 模拟常压流程的设备参数

2．7．2 T3精馏塔设备参数和灵敏度分析

2．7．3 T4精馏塔HF脱气塔的设备参数和灵敏度分析

2．8 本章小结

第三章 不同工艺流程对比

3．1 不同工艺流程流程能耗计算

3．1．1 公用工程设置

3．1．2 公用工程消耗

3．1．3 电能消耗

3．1．4 反应部分能耗

3．1．5 能耗分析

3．2 本章小结

第四章 不同工艺流程产品质量对比

4．1 冷凝过程脱重脱轻先后顺序的对比

4．1．1 冷凝过程先脱重后脱轻的模拟

4．1．2 冷凝过程先脱轻后脱重的模拟

4．1．3 冷凝过程脱重脱轻先后顺序模拟结果的对比与分析

4．2 精馏过程脱重脱轻先后顺序的对比

4．2．1 精馏过程先脱重后脱轻的模拟

4．2．2 精馏过程先脱轻后脱重的模拟

4．2．3 精馏过程脱重脱轻先后顺序模拟结果的对比与分析

4．3 流程模拟结果可靠性验证

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介