亚高原地区变压精馏分离乙酸乙酯-乙醇的研究

对亚高原地区乙酸乙酯-乙醇共沸物进行了变压精馏分离工艺(PSD)模拟，低压塔压力设定为云贵高原地区的大气压0.85 atm，高压塔压力设定为3 atm。以年度总费用TAC最小为依据，对各项设计变量如理论塔板数、回流比和进料位置等进行了优化，在此基础上，本文又进行了部分热集成变压精馏(PHIPSD)和完全热集成变压精馏(FHIPSD)的工艺设计。结果表明热集成工艺需要更低的设备成本和能耗成本，相比无热集成工艺，部分热集成变压精馏(PHIPSD)和完全热集成变压精馏(FHIPSD)的年度总费用TAC分别节省27.82 %和28.89 %，完全热集成变压精馏工艺可以有效分离乙酸乙酯—乙醇共沸物，且经济上更合理，本文的研究内容为亚高原地区此类共沸物的分离提供一些技术参考。     

Design and Control of Self-Heat Recuperative Distillation Process for Separation of Close-Boiling Mixtures: n-Butanol and iso-Butanol

In order to explore the advantages of self-heat recuperative distillation(SHRD) process, the design and control of the SHRD process was studied for the separation of n-butanol and iso-butanol mixtures. The economic superiority of SHRD process is presented when a comparison on the total annual cost(TAC) of the conventional distillation process, the vapor recompression distillation process and the SHRD process was made. For the SHRD process, 37.74% and 11.35% savings of TAC can be achieved as compared to the conventional distillation process and vapor recompression distillation process, respectively. The dynamic characteristics of this promising SHRD sequence had been studied, and the dynamic responses demonstrated that 10% changes in both feed flow rate and feed composition can be well handled by the control strategy with dual-temperature control. It is proven that the SHRD system not only can provide economical savings but also can operate normally with good controllability.     

自热回收精馏过程分离正丁醇/异丁醇近沸点混合物的设计与控制研究

为了探索自热回收精馏在分离过程中的优势,以分离正丁醇-异丁醇近沸点混合物体系为例,对自热回收精馏过程的设计与控制过程进行了研究。通过优化设计,求取了传统精馏过程、热泵精馏过程、自热回收精馏过程的年总费用值。结果表明,自热回收精馏过程的年总费用分别比传统精馏、热泵精馏过程节省37.74%、11.35%,因而证明了自热回收精馏过程的经济优势。另外,对该极具潜力的自热回收精馏过程进行了动态研究。当建立双温度控制结构时,自热回收系统能够分别抵抗10%的进料流率与进料组分变化,进料扰动得到了有效的控制。因此,自热回收精馏过程不仅在经济上具有优势,并且显示了良好的可控性。     

萃取精馏与变压精馏分离甲醇-乙腈共沸物的研究

In the present work, a comparative study of the extractive distillation and pressure swing distillation for methanol-acetonitrile azeotropic separation is performed for the first time. Different separation alternatives, including the conventional extractive distillation, the extractive distillation with vapor or liquid side-stream, the pressure-swing distillation with or without full heat integration, and the heat-pump assisted pressure-swing distillation are rigorously simulated and optimized based on the minimum total annual cost (TAC) via the sequential iterative strategy. The results show that TAC and CO2 emission of the new extractive distillation with vapor side-stream (Vapor-SED) are similar to that of the extractive distillation with liquid side-stream (Liquid-SED). Furthermore, the Vapor-SED and Liquid-SED gives 30.01% and 30.56% reduction in TAC and 23.32% and 23.49% reduction in CO2 emission, respectively, over the most competitive fully heat-integrated PSD configuration. Hence, extractive distillation with vapor or liquid side-stream appears to be better option economically and environmentally for separation of methanol and acetonitrile.     

变压精馏分离丙酸甲酯-甲醇的节能设计

基于丙酸甲酯-甲醇二元体系的压力敏感特性,以最小年总费用(TAC)作为经济评价指标,对变压精馏分离工艺进行了模拟与优化,并在常规工艺基础上进行了改造,以实现节能的目的。结果表明:常规分离工艺高压进料时,高压塔塔板数为41、回流比为1.5和进料位置为第33块板以及低压塔塔板数为39、回流比为2.0和进料位置为第17块板时TAC最低,为593.00万元/年。将热集成技术应用于常规工艺中,优化后的分离工艺均能实现物系的高效分离。相比于常规变压精馏,部分热集成变压精馏与全热集成变压精馏分别可以节约44.57%与41.94%的能耗,同时可以节约23.84%与32.59%的TAC,主要原因是热量集成使得蒸汽费用与换热器费用降低。优化后的两种工艺分离效果显著,且能耗与TAC均较低,可为工业设计提供理论参考。     

基于中间再沸器的萃取精馏精制含水乙腈的过程研究

采用Aspen Plus软件对以乙二醇为萃取剂的萃取精馏工艺精制含水乙腈的过程进行了模拟优化。以全流程的年度总费用(TAC)最小为目标,对各项设计变量如全塔塔板数、进料位置和回流比等进行了优化,得到最佳工艺参数。以降低能耗费用为目的,在萃取剂再生塔提馏段增设中间再沸器,采用费用较低的中压蒸汽作为加热介质,考察了中间再沸器的位置以及抽出量对TAC的影响。结果表明:中间再沸器设置在第9~10块塔板之间时,全流程的TAC最小,当处理规模为100kmol/h时,相比无中间再沸器的普通萃取精馏的TAC节约7.61×10~4$/a。     

叔丁醇-乙醇-水分离的萃取精馏节能设计与动态控制

针对工业实例分离叔丁醇-乙醇-水三元共沸物,设计了常规三塔萃取精馏(CTCED)及节能型多侧线塔萃取精馏(EDCMR)分离流程.通过稳态优化对2种流程进行对比,基于以年度总费用(TAC)最低为目标的稳态优化后可以得出,多侧线塔萃取精馏流程的TAC比常规三塔萃取精馏流程降低了16.16％.在此基础上,对于多侧线塔萃取精馏...     

正己烷和乙酸乙酯间歇共沸精馏分离共沸剂的研究

正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物,采用间歇共沸精馏方法分离回收时,共沸剂的选择和用量直接影响实验效果。研究了正己烷-乙酸乙酯共沸物系间歇共沸精馏法分离适宜的共沸剂,并从理论上和实验中考察了共沸剂与原料适宜的配比。实验结果表明,丙酮为合适的共沸剂,当丙酮和正己烷的质量比为1.15时,正己烷和乙酸乙酯的收率最高,分别达75.15%和73.89%。通过实验绘制了正己烷-乙酸乙酯-丙酮三元物系的剩余曲线,确定了正己烷-乙酸乙酯共沸物系分离步骤:共沸精馏塔中馏出丙酮和正己烷的共沸物和高纯度的乙酸乙酯;萃取塔中用水萃取丙酮和正己烷的混合物得到较纯的正己烷;萃取后的丙酮水溶液由共沸剂精馏回收塔回收丙酮。     

新型热耦合反应精馏应用于乙酸甲酯水解的研究

A different pressure thermally coupled reactive distillation column(DPT-RD) for the hydrolysis of methyl acetate(Me Ac) is developed, and its design and optimization procedures are investigated. The sensitivity analysis is carried out to minimize the energy consumption, which is associated with the total annual cost(TAC). The influence of the proposed DPTRD scheme on energy consumption and economic efficiency are evaluated in comparison with the conventional reactive distillation column(CRD). Both the DPT-RD and CRD are simulated with the Aspen Plus?, and it can be observed that for the DPT-RD the energy consumption and the TAC are reduced, and the thermodynamic efficiency is increased as compared with the CRD process.     

中间再沸式热泵反应精馏生产乙酸异丁酯的设计与控制

基于传统反应精馏(CRD)合成乙酸异丁酯(IBAC)塔顶塔底温差较大的特点,提出中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-1)以及带预热器的中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-2)流程。采用Aspen软件对其进行优化,得到最优工艺操作参数。在稳态模拟基础上,采用奇异值分解法(SVD)找出温度灵敏板,对IR-HPRD-2流程设计了可行的控制方案。结果表明：与CRD工艺相比,IR-HPRD-1和IR-HPRD-2的年总能耗(TUC)分别降低44.33%和47.55%,年总费用(TAC)分别降低16.92%和19.13%,IR-HPRD-2在节能与降低TAC方面更优于IR-HPRD-1;在±20%进料流率与5%进料组分扰动下,该可行性控制方案能在短时间内有效控制产品质量。     

基于先进萃取精馏工艺的乙腈-水共沸物分离过程模拟

以甘油与乙二醇的混合溶剂(摩尔比为6∶1)为萃取剂,分别采用常规萃取精馏(CED)、减压萃取精馏(LPED)、隔壁塔萃取精馏(EDWC)和结合预浓缩段和溶剂回收段的萃取精馏(CPRED)等方法对乙腈 水体系进行精馏分离;并利用Aspen Plus软件对4种工艺流程进行稳态模拟,以年总费用(TAC)最小为目标,采用序贯模块法对各流程的工艺参数进行优化以获得最优结构参数。结果表明：与常规萃取精馏流程的TAC相比,减压萃取精馏的TAC下降了392%,结合预浓缩段和溶剂回收段的萃取精馏的TAC下降了10.57%,而隔壁塔萃取精馏的TAC增加了1003%;从环保角度分析,结合预浓缩段和溶剂回收段合成的萃取精馏流程CO2排放量最少,而隔壁塔萃取精馏流程CO2排放量最多。     

正丙醇脱水共沸精馏节能设计与动态控制研究

针对正丙醇脱水过程设计了减压共沸精馏(ADRP)与共沸精馏隔壁塔(ADWC)2种节能流程,分别从稳态优化与动态控制2个方面对ADRP和ADWC 2种流程进行研究。基于年度总费用(TAC)最低的稳态优化后可以得出,ADWC具有更优的节能效果,其TAC值低于ADRP约25.65%。动态控制研究中,ADRP可以对±20%进料组分波动进行有效控制,而ADWC只能有效控制±10%进料组分波动,且由于使用组成控制器串级方案,其回稳时间较长。结果表明,ADWC在节能方面具有较大优势,但动态控制结构较复杂且抗干扰能力有限是影响其广泛工业应用的重要问题。     

反应精馏合成乙酸异丙酯过程的强化与动态控制

为了解决传统反应精馏难以得到高纯度乙酸异丙酯的难题,将反应精馏与萃取精馏工艺耦合在一个塔中,打破产物间的共沸,得到高纯度的乙酸异丙酯。同时采用萃取剂循环物流对异丙醇进行预热,以降低反应萃取精馏塔的再沸器热负荷。利用Aspen Plus模拟软件对该流程模拟,得到乙酸异丙酯的摩尔分数可达99.5%,在此基础上以年度总费用(TAC)最小为优化目标,得到最优的操作参数。基于经济最优流程,对反应萃取精馏合成乙酸异丙酯流程进行控制结构的设计,采用相对增益矩阵(RGA)判据获得不同的操纵变量与控制变量匹配关系,提出了3种动态控制结构并对其动态特性进行了分析。结果表明,Q/F温度串级控制结构可有效抵抗扰动,稳定后产品纯度偏差较小,且回稳时间相比温差控制更短,可以保证生产的平稳运行。     

醋酸甲酯加氢制乙醇工艺模拟与优化

建立了醋酸甲酯加氢制乙醇的工艺流程,采用化工流程模拟与分析软件Aspen Plus进行了系统的模拟研究。通过对工艺条件的分析,获得了过程较优的工艺参数。提出使用变压精馏的方法分离醋酸甲酯 甲醇共沸物,低压塔采用常压操作,较优的高压塔操作压力为11 MPa。同时针对多组分分离精馏序列的问题,模拟对比了逆序精馏和顺序精馏2种工艺,年度总费用（Total annualized cost, TAC）分析表明,首先分离出乙醇的逆序精馏工艺更经济合理。     

天然丝光沸石催化反应精馏合成乙酸乙酯

以酸性天然沸石为催化剂，在内化反应精馏塔中进行了合成乙酸乙酯的研究。考罕了酸醇比、回 比、进料流量、进料位置等因素对反应过程的影响。在本试验最佳条件下，塔顶产品中酯含量为９１％以上，乙醇的转化率可达９４％以上。     

加盐萃取-恒沸精馏联合过程研究——Ⅲ.乙酸乙酯提浓新工艺

研究了加盐萃取-恒沸精馏过程提纯乙酸乙酯的新工艺。进行了盐的选择,测定了 KAc 对乙酸乙酯-乙醇-水体系液液平衡的影响。测定了 KAc 的浓度分别为2.125g/ml,2.408g/ml,和2.896g/ml(饱和)时的平衡关系。并进行了小型工艺实验和年处理100吨粗酯的扩大工艺试验。初步估算新工艺比旧工艺节能25%,产量提高30%。     

甲基叔丁基醚装置改造为乙基叔丁基醚装置的技术分析

对于采用混相反应器和催化精馏工艺的甲基叔丁基醚(MTBE)装置改造为乙基叔丁基醚(ETBE)装置进行了技术分析。针对乙醇沸点比甲醇沸点高的特点,对乙醇全部通过混相反应器进料和抽取一小部分乙醇直接在催化精馏塔的催化剂床层上进料两种情况进行了模拟计算。模拟计算结果表明,将一小部分乙醇直接在催化精馏塔的催化剂床层上进料能够增加异丁烯的转化率,降低乙醇在ETBE产品中的含量。通过对MTBE装置采取增加乙醇干燥单元,增大催化精馏塔再沸器和塔顶冷凝器、工艺循环水冷却器、乙醇精馏塔进/出料换热器的换热面积,增大乙醇精馏塔塔底泵的功率及对甲醇萃取塔和甲醇精馏塔塔板进行改造等措施,MTBE装置可以用于生产ETBE。     

共沸-萃取耦合精馏分离醋酸乙烯与甲醇混合物

在C2H4-乙烯醇共聚物生产过程中,醋酸乙烯(VAC)和甲醇(CH4O)可形成共沸物,难于通过普通精馏进行分离.结合VAC-CH4O-H2O体系三元相图,设计了以H2O为萃取剂的共沸-萃取耦合精馏分离工艺流程,有效控制聚合物中VAC含量,实现了VAC和CH4O的高效分离回收;基于Aspen Plus流程模拟软件,对设计...     

基于离子液体的乙腈-乙醇-水共沸体系节能分离

乙腈生产过程中产生的乙腈-乙醇-水物系,由于在常压下产生了3种二元共沸物和1种三元共沸物,采取常规精馏无法对物系进行有效分离,因此基于COSMO-SAC理论对具有应用潜力的4种离子液体进行筛选,选定1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯([DMIM][DMP])作为分离乙腈-乙醇-水物系的适宜萃取剂,并利用σ-谱图对离子液体与该物系的作用机理进行分析;采用Aspen Plus软件建立了基于离子液体分离乙腈-乙醇-水物系的萃取精馏流程。以年度总费用(TAC)最低为优化目标,并将CO₂排放成本计入目标函数中进行流程优化。在此基础上,为了更有效节能,进一步设计优化了热泵精馏萃取分离流程。最终热泵精馏流程TAC比常规流程降低16.82%,CO₂排放费用减少了23.35%。     

酯交换法合成聚乙二醇单乙醚甲基丙烯酸酯大分子单体

研究了一种合成大分子单体聚乙二醇单乙醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)的新工艺。先用镁铝基复合氧化物催化环氧乙烷嵌入乙酸乙酯中合成聚乙二醇单乙醚乙酸酯(PEGMEA)中间体,再将此中间体与甲基丙烯酸乙酯(EMA)经酯交换反应合成PEGMEMA。同时考察了酯交换催化剂及阻聚剂的种类和用量、反应温度、反应时间和反应物配比对酯交换反应的影响。实验结果表明,在所选用的催化剂和阻聚剂中,钛酸四正丁酯(TBOT)的催化活性最高,2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)的阻聚效果最佳。以 TBOT 为催化剂、TEMPO 为阻聚剂,PEGMEA 和 EMA 进行酯交换反应的适宜条件为:反应温度130℃、反应时间3 h、TBOT 的质量占反应物总质量的7%、TEMPO 的质量占反应物总质量的0.1%、n(EMA):n(PEGMEA)=3。在此反应条件下,PEGMEMA 的收率达到88.7%。