草酸酯加氢合成乙二醇精馏过程模拟分析

10434.5
11496.27
82773.5
蒸出率 /%
84.60 2.77 12.60 99.97
表 3 各塔主要工艺操作参数模拟优化结果 Table 3 Optimized results of main operation parameters
of the columns
操作参数 理论板数 回流比（摩尔比） 进料位置 塔顶压力 /MPa 塔底压力 /MPa 进料温度 /℃ 塔顶温度 /℃ 塔底温度 /℃ 冷凝器负荷 /103kJ·h-1 再沸器负荷 /103kJ·h-1
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天然气化工
2011 年第 36 卷
草酸酯加氢合成乙二醇精馏过程模拟分析
胡玉容 1,李 扬 1,王 科 1,范 鑫 1,袁小金 1,石 峰 2
(1．西南化工研究设计院 国家碳一化学工程技术研究中心,四川 成都 610225； 2. 太原大学计算中心，山西 太原 030001)
摘要：利用 PRO ／ II 化工流程模拟计算软件，对乙二醇分离过程中的乙醇塔、中杂塔和乙二醇产品塔进行了模拟计算分析，
量要求。
表 4 产品质量 Table 4 Quality of the products
名称 乙二醇
乙醇
质量流量 /kg·h-1 1448.3 9440.8
质量分数 w /% 99.94 97.04
回收率 /% 99.80 97.11
5.4 模拟工艺与耗能 由表 3 可以看出，乙醇塔常压操作，主要是考
乙醇塔 26 0.25 15 0.11 0.13 95.6 50.0
148.4 -10092.0
9902.5
中杂塔 28 0.1 8 0.03 0.04
148.4 68.55 168.0 -589.5 586.3
乙二醇产品塔 17 0.2 12 0.02 0.03
168.0 149.2 177.9 -1579.9 1498.6
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天然气化工
2011 年第பைடு நூலகம்36 卷
5.3 产品质量
产品质量如表 4 所示。 从表 4 可看出，乙醇产
品质量有保证，符合该装置的循环使用要求，大部
分的乙醇产品得到回收，总回收率达 97.11％ ，对大
规模的乙醇装置来说，经济价值十分明显。 乙二醇
产品含量≥99.9%， 符合 GB/T 4649-2008 优等品质
Simulation of ethylene glycol distillation process
HU Yu-rong1, LI Yang1, WANG Ke1, FAN Xin1, YUAN Xiao-jin1, SHI Feng2 (1. National Engineering Research Center for C1 Chemisty, the Southwest Research and Design Institute of Chemical Industry,
2 乙二醇原料组成
乙二醇原料组成如表 1 所示。
表 1 乙二醇原料组成 Table 1 Composition of crude ethylene glycol
名称
乙醇 乙二醇 水 乙酸乙酯 2-甲基-1,3 二氧环戊烷 乙二醇单乙醚 聚合物
沸点（25℃，0.1013MPa）/℃ 78.4 197.5 100 77.06
81
135 ＞220
组成 w /% 82.09 12.61 2.31 0.76
0.70
1.5 0.02
3 模拟模型建立
乙二醇精馏工艺过程是一个复杂的多组分汽液相平衡[7]。 由于 PRO/II 物性数据库中缺失 2-甲基1,3-二氧环戊烷， 因此使用 UNIFAC 基团贡献法进 行估算，分离过程产生的聚合物用数据库中高沸点
[5] 康文国,张博,李伟,等.草酸二甲酯加氢制乙二醇反 应 器 模 拟 分 析 [J].天 然 气 化 工 ,2008,33(6):37-42.
[6] 龙敢飞,刘吉普,李欣荣. 化工流程模拟在蒸馏与反应流 程 中 的 应 用 [J].化 工 装 备 技 术 ,2007,28(4):27-30.
[7] 郭天民．多元气一液平衡和精馏[M]．北京：石油工业出版 社 ，2002．
中图分类号：TQ 018 TQ 225.242
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-9219(2011 ）03-42-03
乙 二 醇 （EG）是 有 机 化 学 工 业 的 重 要 原 料 之 一 ， 主要用于生产聚酯树脂和防冻液，在不饱和聚酯树 脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂等领域也有 少量应用[1]。 乙二醇的工业生产传统上是以石油乙 烯为原料，为了摆脱对日益枯竭、价格高企的石油 资源的依赖，碳一化学路线合成乙二醇获得了高度 重视 ， [2-5] 其中合成气经草酸酯加氢生产乙二醇已在 我国实现了工业化并显示出了较强的竞争力，该技 术的推广应用将缓解我国因聚酯产业的迅猛发展 而对其主要原料乙二醇的大量进口需求。
5 模拟结果分析
5.1 基础数据 以工业生产乙二醇 10000t/a 进行模拟，年操作
7200h，粗 乙 二 醇 总 进 料 量 为 11500kg/h，重 要 工 艺 指标：乙二醇产品质量分数达到 99.9％，符合国家优 等品质量要求； 回收乙醇产品质量分数 97%以上， 符合该装置的循环使用要求。 5.2 模拟操作参数和物料平衡结果
三塔均采用 NRTL 热力学计算模型，并对热力学参数进行修正，通过计算各塔理论板数 、进 料 位 置 和 回 流 比 等 操 作 参 数 ，模 拟
优化出最佳工艺条件。 结果表明，三塔流程工艺流程操作合理，灵活性强，可分离得到符合质量要求的乙二醇，在一定程度上预
测了工业化生产的要求。
关键词：乙二醇；草酸酯；PRO ／ II；精馏；模拟分析
收 稿 日 期 ：2010-10-22；作 者 简 介 ：胡 玉 容 （1980-），女 ，硕 士 ， 电话 028-85963415，电邮 syzhyr@。
量要求的乙二醇产品。 工艺流程如图 1 所示。
Fig.1
图 1 乙二醇精馏三塔流程 Schematic diagram of three-column distillation system for ethylene glycol production
物料平衡见表 2， 各塔的主要操作参数模拟优 化值见表 3。
入方： 出方：
表 2 物料平衡 Table 2 Material equilibrium
组分
粗品乙二醇 乙醇塔 中杂塔
产品塔顶 合计
流量
kg/h
t/a
11499.93
82799.5
9728.34
70044.80
318.73
2294.8
1449.2
西南化工研究设计院近年开发了先进的草酸 酯加氢生产乙二醇技术，该技术中产品的高效分离 过程是很重要的一步。
本文采用 PRO ／ II 化工流程模拟软件[6]，对草酸 酯加氢制乙二醇产品精馏三塔流程进行了模拟计 算与分析。
1 乙二醇精制三塔流程工艺简述
乙二醇精制三塔流程依次由乙醇塔、 中杂塔、 乙二醇产品塔组成。 原料来自草酸酯加氢制乙二醇 反应装置，经过不凝气的去除后进入乙醇塔，乙醇 塔采用接近常压的操作， 控制塔顶温度不超过 50℃，经过分离，塔顶得到高纯度的乙醇馏出液用于 循环使用。 塔底物料进中杂塔，分离粗品中含有的 少量中沸物杂质，主要为水和乙二醇单乙醚，塔底 粗品进入产品塔进一步提纯产品，塔顶得到符合质
Chengdu 610225, China; 2. Computer Center, Taiyuan University, Taiyuan 030001, China)
Abstract：The ethanol column, mid-boiling point byproducts column and ethylene glycol column of the three-column separation process for the product from ethylene glycol production by hydrogenation of diethyl oxalate were simulated by the software PRO/II, and NRTL thermodynamic model was selected for the simulation calculation of all of the three columns. The thermodynamic parameters were modified, and the numbers of theoretical plates, feed stages and reflux ratios were calculated and adjusted to get the optimal results for all of the three columns. The simulated results demonstrate that the three-column separation process is feasible and flexible and can obtain an ethylene glycol product which meets the quality requirement, and give a prediction on the requirement in industrial production of ethylene glycol to some extent.
(3) 在 模 拟 过 程 中 对 各 塔 进 行 参 数 优 化 ，合 适 的进料位置不但可以降低塔的热负荷，还有效提了 高全塔的分离效率。