反应精馏过程耦合强化技术基础与应用研究述评

反应精馏技术是过程强化概念在化学工业成功应用的典范。由于反应与精馏耦合的高度复杂性和非线性,反应-精馏相互影响机制、耦合方式及其过程能效调控与优化成为制约该技术广泛应用的关键科学问题。综述了近二十年来国内外反应精馏技术从基础研究到工业应用的概况,包括反应精馏过程的可行性分析与概念设计方法、稳态模拟过程优化与动态模拟控制策略设计、兼具催化反应与气液传质的高效内构件开发以及反应精馏在各领域的应用。探讨了目前制约反应精馏广泛应用关键问题的解决方法与途径,阐明了普适性的反应精馏过程开发方法,总结了基于反应精馏过程耦合的新型过程强化技术,指出了反应精馏技术的发展趋势。     

酶反应精馏耦合技术研究进展

酶反应精馏是将酶催化反应与精馏过程进行耦合，可有效打破反应化学平衡的限制，提高酶反应转化率和选择性，是一种新型化工过程强化技术。本文分别从酶催化剂及其催化反应机制、酶催化剂装填方式、酶催化反应与精馏耦合型式、酶反应精馏耦合技术的应用案例等方面综述了酶反应精馏耦合技术的研究进展，分析表明：目前酶反应精馏耦合技术的开发尚不成熟，且与化学催化剂催化的反应精馏过程不同，酶反应精馏工艺过程开发还需考虑酶催化反应温度、底物浓度等因素对酶催化活性影响。在后续研究中，可分别从研究体系、酶的固定化技术、酶催化剂装填方式、酶反应精馏理论研究、酶反应精馏耦合工艺开发等方面开展强化研究。     

萃取精馏绿色高效分离共沸物的研究进展

多组分液体混合物特别是共沸物在化工、石油、制药等领域的过程工业中得到广泛应用。节能高效分离共沸物对绿色工业过程的设计和发展具有重要意义。萃取精馏在共沸物分离中发挥着重要作用。这项工作可提供全面的参考，包括萃取精馏、萃取精馏过程设计、萃取精馏耦合过程、萃取精馏优化策略方面的最新进展。首先，讨论了量子化学和分子动力学模拟方法在筛选合适的夹带剂中的应用。其次，阐述了两种不同类型的萃取精馏工艺的设计原理和形式。然后，讨论了通过热集成和强化机制以及萃取精馏与其他特殊精馏过程相结合的能源和经济优化方法，并研究了萃取精馏技术在多组分共沸物分离中的挑战、前景和发展趋势。     

隔壁反应精馏技术进展

隔壁反应精馏技术是近年来受到广泛关注的化工过程强化技术之一,兼具隔壁塔技术能耗低、占地少、投资省与传统反应精馏技术转化率高、选择性好等优点,可实现反应与分离过程的有机耦合。本文在回顾反应精馏及隔壁塔工艺技术发展的基础上,介绍了隔壁反应精馏技术的发展概况,综述了隔壁反应精馏工艺在实验与模拟、塔内件结构和控制设计3个方面近年来的研究新进展,简要分析了该技术在工业化进程中存在的阻碍以及目前仍存在的问题,总结了隔壁反应精馏技术今后主要的研究方向是对多组分反应体系的应用扩展以及对隔壁反应精馏塔的控制结构的进一步优化,同时还展望了该技术在生物柴油、醚类等可再生能源的制备以及石油炼制和液化气深加工领域内拥有广阔的发展前景。     

“背包式”反应精馏集成过程研究进展

“背包式”反应精馏是一种反应器与精馏塔既相互独立又相互耦合的离散集成技术。由于反应与分离处于不同空间位置，能够突破传统反应精馏对工况的限制，拓宽应用范围，且便于工程放大。本文综述了国内外“背包式”反应精馏从基础到应用的研究概况。从转化率、选择性、塔内温度、组成分布等方面，分析了“背包式”反应精馏与传统反应精馏的等效性，指出“背包式”反应精馏的优势在于工况的灵活选择利于实现反应与分离能力的最佳匹配。介绍了“背包式”反应精馏在稳态模拟与优化、动态模拟及控制等方面的研究进展，并从不同工况反应与精馏集成技术的应用、便捷的催化剂装填与反应器设计应用两个角度归纳了该技术的应用进展。最后，从优化设计理论、先进控制方法、能量综合利用以及强化酶催化反应等方面对“背包式”反应精馏进一步的研究与应用进行展望。     

反应与精馏强化过程的自动控制与性能优化技术

<正>一、项目背景采用反应与精馏强化技术,通过传质与传热的强化、物质流与能量流相互耦合,使强化过程具有大幅度提高反应转化率或选择性,降低生产能耗和污染物排放等优越性。然而这种集成优势只有在反应能力与分离能力动态协同作用条件下才能被充分发挥,而且强化过程具有多稳态、强非线性和多变量强耦合特性,这些都对强化过程的自动控制与优化理     

差压热耦合反应精馏塔的模拟研究

为了降低反应精馏塔能耗,将差压热耦合技术与反应精馏技术结合,提出了一种新型的差压热耦合反应精馏的流程,并将其应用于乙酸正丁酯的合成中。应用Aspen Plus模拟软件对新工艺流程以及常规反应精馏流程进行了模拟,通过考察压缩比、进料位置、进料醇酸摩尔比等因素对差压热耦合反应精馏合成乙酸正丁酯工艺的影响,得到最优条件。同时,将该工艺与常规反应精馏工艺进行比较,结果显示,新工艺能够大幅度降低能耗,与常规反应精馏装置相比可节能40%左右。     

侧反应器反应精馏过程合成醋酸甲酯的模拟

采用Aspen Plus模拟了合成醋酸甲酯的侧反应器反应精馏过程,研究进料位置、回流比、酸醇比、侧反应器数量等对反应精馏过程的影响,得到优化的工艺条件。该研究结果与传统反应精馏装置对比表明,2种精馏装置性能接近,侧反应器反应精馏技术具有工艺流程环保、塔结构简单等优点。模拟研究结果可为合成醋酸甲酯侧反应器精馏塔提供基础理论和设计数据,为在类似反应精馏体系应用该装置提供技术支持。     

反应精馏合成一氧化氮的模拟研究

反应精馏技术可将化学反应和精馏过程进行耦合,在塔内同时实现两种过程。利用Aspen Plus流程模拟软件对四氧化二氮与水反应合成一氧化氮的反应精馏过程进行模拟计算。通过对设备及操作参数优化,获得的最佳参数为:理论板数为32块,反应段理论板数为12～24块,硝酸循环采出比为0.35。经参数优化后,反应精馏塔中四氧化二氮的转化率大于96%,产出一氧化氮的质量分数大于98%。     

反应精馏相关技术研究进展(Ⅰ)--过程模拟技术

反应精馏是一种特殊的精馏形式 ,它将化学反应和分离过程耦合在一个设备中同时进行 ,具有传统工艺无法比拟的优势 ,已成为化工自动化领域的研究热点。本文以此为背景综述了反应精馏研究应用中的关键技术———过程模拟技术的研究进展。     

反应精馏相关技术研究进展（I）——过程模拟技术

反应精馏是一种特殊的精馏形式，它将化学反应和分离过程耦合在一个设备中同时进行，具有传统工艺无法比拟的优势，已成为化工自动化领域的研究热点。本文以此为背景综述了反应精馏研究应用中的关键技术——过程模拟技术的研究进展。     

隔板式反应精馏技术的研究进展

隔板式反应精馏技术是一种将隔板式精馏塔和传统反应精馏工艺相结合,反应和分离过程高度强化的复杂技术。简要介绍了隔板式反应精馏技术的特点,并重点论述了该技术在国外的应用以及控制和优化的方法,概述了隔板式反应精馏塔在国内的发展现状,最后指出该技术在节能减排的大环境下将有非常大的发展前景和应用价值。     

反应精馏及其研究进展

反应精馏是化学反应和精馏分离耦合在一个设备中进行的操作。简述了反应精馏技术,介绍了稳态均相反应精馏过程模拟的平衡级模型、非平衡级模型、非平衡池模型、统计模型、微分模型以及相应的计算方法,并指出了今后的研究方向。     

一种通用的反应蒸馏塔综合与设计方法

反应精馏是反应过程和分离过程耦合为一体的单元操作,已成为当今研究的重要领域。然而,到目前为止并没有一套通用简便的方法去指导反应精馏过程的综合与设计,严重限制了它的广泛应用。本文在过程强化原理的基础上提出了一种反应蒸馏塔通用的综合与设计方法,并利用2种反应蒸馏系统来评价所提出的设计策略。结果表明,该综合设计方法可以简便高效地搜索出反应蒸馏塔的最优结构,适用于不同类型的反应蒸馏塔的综合与设计。     

稳态反应精馏过程的数学模型及算法研究进展

反应精馏将反应和分离操作耦合在相同塔中，近年来发展迅速，本文对稳态反应精馏过程模拟的平衡级模型、非平衡级模型和非平衡池模型及其求解算法进行了分析综述，为反应精馏过程的数学建模、模拟分析及优化设计提供了方法。     

乙酸戊酯反应精馏塔强化内部物质耦合的综合与设计

乙酸戊酯反应属于无热反应,由于反应热很小,反应段与精馏段的内部热耦合的作用对于系统的影响也是可以忽略的。热力学效率可以通过强化反应段和分离段的内部物质耦合来大大的提高[1]。本文中,乙酸戊酯反应精馏塔的优化方法包括反应段与精馏段的耦合,反应段与提馏段的耦合,进料位置的再定位,以及催化剂的重新分布,通过四种强化方法的结合,最终实现无热反应精馏塔静态性能的大幅度优化[2]。     

多目标遗传算法在反应精馏优化中的应用

反应精馏是反应与精馏的复合过程,因其具有选择性强、投资少、能耗低等优点而受到研究者们的广泛关注,并且在工业生产中得到广泛的应用。利用人工神经网络（ANN）模型来模拟反应精馏过程。在建立ANN模型时,首先用ASPEN软件模拟计算出多组数据以弥补实验数据不多的不足,并在此基础上用多目标遗传算法（GA）进行操作条件的优化。优化结果表明,多目标遗传算法结合ANN对反应精馏进行优化是可行的,而且具有很高的精度。以合成乙酸乙酯的反应精馏过程为例说明上述模拟和优化方法。     

苯乙烯装置乙苯/苯乙烯分离塔节能技术

在石油化工生产过程中,精馏过程无疑是每个装置能量消耗最大的工序之一,为了改善精馏过程高能耗问题,伴随着对常规分离过程不断地调整优化,一些新的工艺应运而生,热泵精馏工艺与多效精馏工艺便在其中且被广泛应用。本文借助流程模拟,对乙苯/苯乙烯分离过程采用常规精馏、热泵精馏技术与多效精馏技术进行了对比分析。分析结果表明,在完成相同分离任务的前提条件下,采用热泵精馏与多效精馏工艺均能够显著降低精馏过程的能耗,具有良好的经济效益和广泛的应用前景。     

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量动态控制

侧反应器与精馏塔的耦合结构与物料交换方式的灵活性,造成系统的自由度高、设计变量多,增加了该过程的稳态优化模拟和动态控制的难度。针对侧反应精馏过程(SRC)的平滑操作和自动控制问题,以醋酸甲酯工业生产过程为例,采用基于独立反应量的稳态设计方法获取最佳的反应精馏集成结构和操作参数,在此基础上设计了以产品成分调节变比值控制为主的多变量控制方案,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。     

差压热耦合精馏回收处理含二甲基乙酰胺废水的工艺研究

采用差压热耦合精馏工艺对含二甲基乙酰胺(DMAC)的废水进行回收处理。利用ASPEN PLUS过程模拟软件中的RADFRAC严格精馏计算模型,采用NRTL-RK方程计算气液相平衡数据,对单塔精馏工艺进行模拟。在此基础上,对提出的差压热耦合精馏工艺进行过程模拟与参数优化,得到了差压热耦合精馏处理含DMAC废水的最佳工艺参数、塔内气液浓度分布、精馏塔设备参数等。模拟结果表明,差压热耦合精馏工艺比常规的单塔精馏工艺节能约73.4%。