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摘要：本文将采用Aspen Plus软件，来对碳四烃反应过程中产生的精馏分离异丁烯等进行模拟研究，在整个模拟的过程中，会研究一些因素对分离出来的各种异丁烯的百分比浓度的影响，比如这些因素都会涉及到反应时的位置、反应时的级数、各个反应段用到的催化剂的多少、和碳四在进入时的位置、回流比、整个塔的塔顶承受的压力等。对这些因素进行分析之后，然后获得分离异丁烯的适宜环境。然后我们将会针对分离出来的两种异丁烯使用到的精馏技术来提出几种不同的方案，来对使用过程中的方案进行对比和分析，来产生一定的结果，而结果发现，使用塔内单反应段方案进行实验时，比使用塔内双反应段用到的催化剂量要少很多。下面将对这些来进行分析。
关键词：碳四烃反应精馏异丁烯模拟研究
前言
碳四烃来自我们国内各个的石油加工等过程。而主要的碳四烃是来自炼油厂进行催化裂化装置时所产生的碳四烃。而在炼石油的过程中产生的产物含量也不同，碳四烃中丁烷的含量最高，丁二烯的含量非常少，而裂解产生的碳四烃里面还有很多的丁二烯。而对于裂解过程中产生的碳四烃，一般都是采用萃取再进行蒸馏的方法来分离，其中的丁二烯在进行抽取过程后，碳四的含量主要是两个丁烯：正丁烯和异丁烯。而正丁烯的同分异构体在适当的条件下可以进行相互转化，形成氢键结构。下面我们将采用AspenPlus这个流程来模拟软件，对提炼出来的正丁烯和异丁烯进行操作，来分析出产生不同产物的因素，从而达到我们的目的。
一.模拟方法
1.1动力学模型
上文中也已经提到，正丁烯在一定的环境条件下以及催化剂的使用过程下，也会与其他丁烯发生顺反结构，会与1-丁烯(1-B)和2-丁烯发生反应，这些反应在大多数情况下都是可逆的，且一般都会在液相中发生反应，除了这些之外，在临氢的条件下，整个体系也会发生一些其他的副反应，正丁烯加氢之后生成正丁烷，而对于碳四烃中，正丁烯发生的各个反应如下所示：
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上市中的K1、K2为反应时K1、K2对应的平衡k，R1、R2、R3这三个反应对应的速率表达式如下
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而上式的k1、k2、k3分别代表各反应时的速率常数。
1.2模拟优化
我们对上面的式子来进行一定的模拟优化，对两个丁烯反应之后的产物进行优化计算，利用一些物性参数的方法来进行剩余炭四的处理量的多少，我们可以定为1000千克每小时。
在上面的模拟计算中考察了塔顶的压力、反应段的位置和级数，以及加入的催化剂的量的多少、碳四在进入时的位置等这些因素对两个丁烯质量浓度的影响。通过分析上面的各种影响因素，然后来确定一些比较好的工艺操作环境，而在分析的结果中，1-丁烯异构化率为进出塔1-丁烯减少的量与进塔1-丁烯的量之比。我们可以将初始的模拟参数设置成：总理论级数70级，塔顶的出料速率为4600kg/h,塔顶的压力0.5MPaG,反应段为第20到30级，催化剂量400kg/级，氢气和四烃的反应位置为下段的第一级，氢气和整个原料的比为0.01。
1.2.1全塔理论的作用
全塔理论对各个因素的影响，见图1，由图1我们可以看出，随着基数的不断增加，丁烯在变成同分异构体的速率是先增大后减小，而在塔顶的丁烯的浓度不断逐渐减小，而最适宜的理论级数为70左右。
1.2.2塔顶压力的影响
塔顶压力对各个因素的影响，如图2所示，我们由图二可以看出，随着塔顶压力的不断增大，丁烯转化为通过同分异构体的速率是逐步减小的，塔顶的丁烯和其他丁烯的浓度是不断增大的。而在低压的情况下，对丁烯的同分异构化的速率是由好处的，但是应该考虑到用冷却水做冷却的材料时，塔顶的温度应该不要太低，比较好的塔顶压力可以取0.6-0.7MPaG。
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图1 全塔理论级数对各因素的影响
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图2 塔顶压力对各因素的影响
1.2.3反应段不同位置对其影响
从实验中我们可以得出，当其他无关因素条件是一样的情况下，固定整个反应段的级数为10，然后逐步改变反应时的初始位置。而根据不同位置对各个因素的影响：随着反应时的位置不断往下移动，而丁烯转化为同分异构体的速率也在不断变大，之后随着时间的推移在慢慢降低，塔顶的1-丁烯的浓度是不断上升的。实验中我们是想要丁烯转化为同分异构体的速率不断加大，所以应该改变易钢定西1-丁烯在反应时的位置。
1.2.4反应时各个级数的影响
在其他无关因素的条件不变的情况下，来固定在反应时第一级的位置，改变整个反应的总级数，这个因素的改变对所有指标的影响。如图3所示，由下面的图我们可以知道，随着反应级数的不断上升，丁烯的同化异构速率是先上升后下降的，塔顶的丁烯的浓度是先下降后上升的。两个丁烯的双键转化过程是不断变化的，当反映时的一丁烯浓度比较高时，然后反应就会向正方方向进行，随着反应级数也是逐渐增加的，然后反应物二丁烯的浓度会很高，使得反应向逆反应的方向进行。这时候的反应比较好的级数为10到25。
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图3 反应级数对各个指标的影响
1.2.5对不同位置所放催化量多少的影响
根据每个位置所放催化量的多少对各个指标的影响我们可以得出结论，随着催化量所放的增加，丁烯转化为同分异构体的速率是先急剧上升，然后再慢慢的变得稳定，而塔顶1- 丁烯的浓度，是先迅速下降然后再慢慢地趋于稳定。根据结果我们可以得出，最适宜的每个位置的催化量可以是200到500千克。
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图4 回流比的影响
1.2.6回流比对各个因素的影响
回流比对整个过程的影响，如图4所示，由图我们可以得出，回流比在整个过程是不断增大的，而丁烯转化为同分异构体的速率也是逐渐增大的，而塔顶的丁烯浓度是不断下降的，所以最好的回流比应该大于等于1小于等于11。
我们通过对以上各个影响因素的分析，然后可以得出1- 丁烯的最适宜条件和范围，这就能满足碳四制取反应精馏分离异丁烯的最好的条件，然后能在最大程度上制得。
二.工艺方案的制作与比较
2.1塔内单反应段
塔内反应堆内部的影响指标见表1，我们通过一定的模拟计算之后，来进一步更好的模拟出各个工艺参数数，来得到更好的工艺操作的条件，根据上面的各个影响因素以及最好的范围可以得出：反应塔的最好的理论级数为100级，塔顶出料速率 4700千克每小时，塔顶压力 0.5 ，回流比 18，反应段为15到30级, 催化剂量为300千克每级。氢气进入的位置大在第十级。
表1
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2.2 塔内双反应段
我们上面是一个塔来进行操作的，然后基于上面的结果因素的分影响，现在建立两个分馏塔，使得结果更加优化，然后经过实验，我们得到最优的操作条件为，反应段一般为15到40级，碳四和氢气进入的位置一般为50级，而其他的影响因素与丁烯转化为同分异构体的速率与塔内单反应段应段相同。
我们根据以上两种方案的对比，可以知道，当其他的反应因素保持相同的情况下，在进行塔内双反应段时，可以适当的改变材料进入时的位置，以及要保证塔顶的分离要求是相同的情况下，可以使得塔内的总反应级数降低，也就相当于减少了催化剂的使用量，然后更好地促进了丁烯的转化，与单反应段相比，采用塔内双反应段，可以大大减少催化剂的用量。
结语
综上所述，我们阐释了影响各个工艺参数的因素，以及这个因素能更好的收集到丁烯的范围，然后通过对这些工艺参数不断的优化，我们最后提出了单个塔内反应段与双个塔内反应段的优化比较，来得出了更好的操作环境。所以在进行碳四烃反应精馏分离异丁烯的过程中，应该采用塔内单反应段的方法。
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