三氯氢硅精馏过程的计算机模拟

2.3精馏方案的计算机模拟 2.3.1Dstwu模块的模拟

使用Aspen Plus软件对三氯氢硅的精馏过程进行了模拟，物性方法的选择直接影响模拟计算结果的准确度，由于物系中既含有非极性物质，又含有极性物质，选用NRTL 物性方法进行计算，该方法能够很准确的描述非理想溶液的VLE性质。

为了减少三氯氢硅精馏过程中塔顶制冷的能耗，采用常温循环冷却水代替深冷水进行冷凝，因此采用加压精馏。通过DSTWU 简捷法计算分别得到预塔和三塔的理论塔板数( NT) 和回流比( R) 之间的关系，对于预塔，随着塔板数的增加，回流比开始显著降低，降低到一定程度后缓慢减小塔板数和回流比分别反映了精馏过程的设备费用和能耗，在确保塔设备造价不致过高的情况下，应尽量降低能耗。 2.3.1.1主要流程图

图2 .1Dstwu精馏过程工艺流程图

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2.3.1.2各塔的主要参数

图2.2 预塔参数

预塔最小回流比11.96、实际回流比12.84、最小理论塔板数10、实际理论塔板数

24、进料板12、塔顶温度47℃、塔底温度70℃。

图2.3 三塔参数

三塔最小回流比0.9869、实际回流比1.17、最小理论塔板数11、实际理论塔板数

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24、进料板12、塔顶温度53℃、塔底温度93.6℃。

图2.4 四塔参数

四塔最小回流比1.715、实际回流比2.509、最小理论塔板数14、实际理论塔板数24、进料板12、塔顶温度78.7℃、塔底温度101.8℃。 2.3.1.3三氯氢硅精馏过程各股物流的组成

表2.1 各股物流的组成

Substream：MIXED MoleFlow kmol/hr SiHCL3 SiCl4 HCl H2 SiH2Cl2 BCl3 PCl3

进料

预塔 塔顶

预塔 塔底

三塔 塔顶

三塔 塔底

四塔 塔顶

四塔 塔底

212.5 33 1 0.75 0.5 0.5 1.75

10.625 0 1 0.75

201.875 33

199.8562 2.01875 0.33

32.67 0 0

2.018745 5.01E-06 31.0365 0 0

1.6335 0 0

5.21E-39 0 2.19E-16 0

0.494670 0.005329 0.005329 1.48E-08 1.48E-08 3.23E-18 0.475 0

0.025 1.75

14

0.024999 4.26E-07 4.26E-07 8.77E-16 0

1.75

0.0875

1.6625

为了节省模拟计算时间，先使用简捷法模型DSTWU 进行分离要求的估算。通过规定各塔轻重关键组分的回收率，得到了各塔的最小回流比、最小理论板数、回流比对理论塔板数的曲线图，并可以得到规定理论板数所需的回流比和规定回流比所需的理论板数。根据回流比对理论板数的曲线图，选择合适的理论板数和回流比。因简捷法模型的计算结果仅为估算，准确性不高，尤其对于多组分混合物，需要利用严格法模型 RadFrac 对DSTWU 的结果进行严格的模拟计算。通过Sensitivity 功能，分析回流比与物料组成之间的关系，选择合适的回流比；分析理论板数与物料组成间的关系，确定最终的理论板数；分析进料位置与物料组成之间的关系，确定最佳进料位置。

2.3.2 Radfrac模块的模拟

Radfrac是可以用来模拟各种多级气液精馏操作的严格算法模块。主要包括：普通蒸馏、吸收、再沸吸收、解吸、再沸解吸、萃取精馏、共沸精馏。Radfrac模块塔板默认编号从上至下，从冷凝器开始（如果没有冷凝器，则从顶部第一块塔板算起）。Radfrac模块可以有任意数量的进料、塔板数、板间加热/冷却器、中间采出和循环泵。必需的物流：至少一股输入物流，塔顶一个或两个气体或液体蒸出产品物流，塔底的一股液体产品物流，在满足必须物流的条件下，可选择的物流：蒸出的水产品物流，每块塔板上多达三个侧线采出物流，任意数量的非产品物流。

在全凝器中，过热蒸汽完全冷凝并分为两部分：一部分液体蒸出物作为塔顶产品离开精馏塔，另一部分返回顶部塔板作为液体回流。在全凝器中，过热蒸气、液体蒸出物、回流液的组成都是相同的，因此，全凝器并没有分离效果，这也是全凝器不作为分离/平衡级参与计算的原因。在部分冷凝器中，过热蒸气部分冷凝，冷凝物完全回流，也可能被分离成两部分：一部分液体蒸出物作为塔顶产品离开精馏塔，另一部分返回顶部塔板作为液体回流。在部分冷凝器中，气体蒸出物与冷凝物组成不相同（实际上，如果冷凝器作为平衡级的话，组成是达到平衡的），因此，部分冷凝器作为一个平衡级参与计算。

大多数再沸器接受液体并产生液体产品和再沸蒸气，从而产生了分离作用，因此再沸器作为塔板计算。

将简捷法计算得到的理论板数、回流比和进料位置作为初值，代入 RadFrac 模型进行严格法计算，在产品质量合格的基础上采用 Aspen Plus 中的灵敏度分析工具，对不同的设计参数进行灵敏度分析，确定设计变量对关键操作变量的影响，进而优化设计参数。

2.3.2.1组分输入、物性选择

1设置全局变量 点击setup按钮，进入全局变量设置窗口，在设置参数窗口，可以

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