有机硅粗单体分离的节能优化及流程模拟分析
作者：管理员 分类：化工论文 时间：2015-11-05 11:08:31

有机硅单体是含有多种组分的混合物，有机硅产品对纯度具有比较高的要求，但是有机硅单体的各个组分的沸点都比较接近，所以在分离纯化上具有较大的困难，并且分离纯化的工艺流程涉及到较多的设备，设备本身以及设备操作都会产生较多的费用，大大提高了有机硅单体分离的成本，对能量的消耗也比较大。

【关键词】有机硅单体；节能；工艺流程

0.引言

    目前，有机硅产品在我国的很多领域运用都非常广泛，涉及到军事、医疗、农业以及化工材料领域，其广泛的运用使得有机硅行业的生产规模不断扩大，而有机硅生产规模的不断增大也使整个生产过程消耗量更多的能量，有机硅的单体分离需要分离很多物质，需要非常多的填料，需要的冷却循环水和蒸汽量都较多，与我国现在提倡的节能环保不相符。随着人们环保意识的不断增强，人们对有机硅的生产节能方面提出了更高的要求。

1.有机硅粗单体分离的传统工艺流程

     在有机硅单体分离中，甲基氯硅烷的分离和纯化占非常重要的比重，目前国内对有机硅单体的生产工艺一般采用9塔流程，对于分离高沸点的物质使用板式塔，板式塔通常是筛板与填料结合，其余的物质则都采用填料塔。一般在整个生产工艺中，在进行脱高之后再按照分离顺序的不同，采取顺式切割流程、反式切割流程以及中式切割流程等方式进行分离。在传统的有机硅单体分离流程中，单体合成装置生产的粗单体首先要进入脱高塔将高沸点的物质分离，被分离的高沸点物质从脱高塔的塔底流出，在进入到高沸物塔进行进一步的分离。其余的物质从脱高塔的塔顶流出，流入到脱低塔中分离低沸点的物质，从脱低塔中出来的物质由塔顶排出，再进入到轻分塔。轻分塔塔釜排出的物料就进入到一甲塔中，一甲塔塔顶排出的就是一甲单体成品，塔釜排出的物料就进入二甲塔。与一甲塔不同，从二甲塔塔顶排出的物料是要回到一甲塔中进行循环利用的，而二甲单体是从二甲塔的塔釜排出。轻分塔塔顶出来的物质就是低沸物，塔釜的物料经过泵的作用进入到含氢塔中，含氢塔塔顶出来的就是一甲含氢单体，塔釜出来的物料再通过泵的作用泵入共沸塔中，经过共沸塔塔顶出来的就是共沸物，而塔釜出来的物料泵入三甲塔，经过三甲塔的精馏从塔顶据可以出来三甲单体，而塔釜出来的物料返回到脱低塔中进行充分分离，进入一个循环的过程。

2.精馏工艺流程的节能优化

2.1优化方案选择的方式

有机硅单体的精馏工艺流程的优化的选择首先是应该保障产品的质量稳定，也就是说要取得较好的分离纯度，在保证产品质量的基础上选择投资更少的方案。有机硅单体分离流程的费用主要体现在对分离设备的投资和设备操作的费用上，所以应该选择使用设备较少或者设备操作更为简单的方案。最后，应该考虑工艺流程的安全性。

由于人们环保意识的不断增强，在优化工艺流程的时候应该尽可能的降低分离纯化过程对能量的消耗，为了减少精馏过程的能量的消耗，可以采取多种方式，例如将多组分的有机硅物料的分离流程重新合理安排，这也是最有效的一种方法，除此之外，还应该选择最有效的进料状态，在精馏的过程中可以直接利用精馏设备中产生的热量，对产生的热量进行二次利用。另外，还应该在最适宜的回流比下进行操作。为了选择一种最优的精馏方案，可以对设计的对种方案进行分析比较，在可以满足需求的基础上选择一种投资最小、耗能最低的方案。

2.2具体的优化方式

2.2.1提高系统的热力学效率

为了提高整个精馏过程中的热力学效率，可以使用低温热泵精馏技术以及多效精馏技术等。热泵精馏是在热力学第二定律的基础上通过消耗机械功和补偿功对塔顶的低温蒸汽进行加压和升温，作为高温塔的加热热源，从而减少热能的消耗。多效精馏是一种热集成精馏系统，利用高压塔塔顶的蒸汽潜热对低压塔的再沸器提供相应的热量，与单塔精馏相比，可以大大提高热能的利用率，热力学的效率可以提高2-3倍，并且简化了整个工艺流程，减少了整个工艺对能量的消耗，同时减少了大量的投资，所以在实际中的运用越来越广泛。除此之外，对于工艺本身产生的热量和冷能也应该充分利用，从而减少对能源的消耗。

2.2.2多效精馏的利用

有机硅单体的组分非常复杂，所以在分离纯化的过程中应该按照各种组分沸点高低的顺序按顺序分离，保障主要的产品是二甲单体，二甲单体的含量应该占所有产品的80%以上。所以在分离纯化之前应该使用单体分离流程的模拟来进行计算，可以采用多效精馏的方式来使热量匹配。在实际的精馏过程中，脱高塔塔底的温度应该要严格控制，保证其适宜热源温度，在控制好温度的基础上对脱高塔的塔顶施加压力，加强脱高塔塔顶的蒸汽和和二甲塔塔釜的液体的热交换，也就是双效精馏工艺，将系统中生产的热量和冷能都充分利用起来，在经过详细可靠的计算之后可以适当增加后冷器。

2.2.3对系统能量的回收利用和分离顺序的适当调整

    在实际的分离纯化中，可以考虑将生产出的产品和有机硅的原料进行换热，这样可以充分回收利用系统中的显热，原流程中的预热器和冷却器就可以去掉，将二甲成品和原料在热交换器中进行换热，在保证预热和冷却效果的基础上可以减少了系统设备的使用，大大降低了设备的使用成本。对原料的分离顺序，在根据沸点高低确定之后还可以做适当调整，根据各种组分的物性数据以及含量，在脱低塔之后可以调整二甲产品和一甲产品的分离顺序，可以减少一甲塔中冷凝器和再沸器的负荷，降低了设备的投资成本。

3.工艺流程模拟

    为了对有机硅单体分离的工艺流程进行对比，采用流程模拟软件对优化前后的流程进行模拟计算。有机硅单体的种类非常多，没有具体的热力学依据，所以采用SRK状态方程作为物性计算方法，对分离的共沸物的共沸塔则使用Wilson方程来计算。在模拟计算中可以先采用简单的方法大致算出理论塔板数和采出率，回流比可以取最小回流比1.2，然后再经过详细严格的计算，用灵敏度分析法来确定再沸器负荷以及塔板数与回流比之间的函数关系式，得出具体的变化曲线，然后选择合适的回流比和塔板数。最后，在确定进料板位置和采出率的基础上选用严格的精馏模块来进行模拟，在整个计算中，应该保持产品的纯度和进料的条件不变。通过工艺流程模拟的计算，优化后的工艺流程与传统的工艺流程相比，大大地降低了设备的投资费用，同时对能源的消耗也得到了有效的控制。

4.结语

为了降低有机硅单体分离过程中的能源消耗和设备成本投入，可以通过使用多效精馏以及热泵精馏等技术来提高系统的热力学效率，根据组分的物性数据和含量适当调整分离顺序，减少设备的负荷，对系统产生的能量应该充分回收利用，将产品和原料进行热量交换，减少系统对能源的消耗，最终得到环保节能的效果。

参考文献

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