低温精馏过程模拟及其分离特性分析 (Ⅰ)氢溶液状态方程及热力学性质计算

将Soave改进的BWR方程(1999年)应用于饱和氢流体,通过实验数据对方程的参数进行了选择和优化.此方程可用于饱和氢溶液气液两相p-V-T关系、热力学性质以及气液平衡关系的预测.对于H₂、D₂、T₂饱和流体,气相密度的平均相对误差分别为0.19905%、0.28173%、0.001295%,最大偏差分别为-0.99511%、4.6664%、-0.0040385%;液相密度的平均相对误差分别为0.5504%、0.33704%、0.04703%,最大偏差分别为3.2950%、-2.2629%、0.12126%,其准确性良好.可作为低温精馏分离氢同位素的一个严格的热力学模型.     

分离五组分含复杂精馏塔流程的研究

以年费用为目标函数，对22个分离5组分混合物的精馏流程进行了研究．除了简单塔的14个序列之外，还包含8个含复杂塔（侧线汽提和／或侧线精馏塔）的流程.以不同的物系在不同的进料组成下，对流程的分离费用进行实例研究，通过分析得出构造含复杂塔精馏流程的实用规则.     

隔板精馏塔分离氯化亚砜的模拟及工艺优化

利用AspenPlus软件对常规的两塔间接序列精馏工艺分离氯化亚砜进行了模拟计算,并提出了一种新型分离工艺—隔板精馏塔工艺。通过对隔板精馏塔的模拟计算,研究了预分离段进料位置、侧线采出位置、回流进料比和分配比对产品纯度和再沸器能耗的影响,结果说明最佳的工艺条件为:预分离段第6块板进料,主塔第55块板采出,回流进料比为4.45,液相分配比为1.60,汽相分配比为1.98。将隔板塔在最佳操作条件下的能耗与常规两塔工艺操作能耗和设备投资进行比较,隔板精馏塔节约冷凝器负荷和再沸器负荷分别为34.62%和34.64%;然后运用专业的设备投资计算软件CAPCOST计算2种工艺设备投资,结果表明,隔板精馏塔新工艺可以降低17.27%的设备投资。综上可知隔板精馏分离氯化亚砜是一种节能、高效的新型分离工艺。     

具有热集成和水集成的甲醇精馏新工艺及其模拟

提出了一种新的三塔精馏工艺用于合成甲醇的精制过程.在采用差压双效精馏实现系统内的热集成方案中,新工艺从加压精馏塔进料板上部的侧线采出中等甲醇浓度的物料作为常压精馏塔的进料,有效地平衡了两塔的分离负荷,进一步降低了双效精馏的总能耗,同时,将预精馏塔产生的盐碱类物质浓缩分离到加压塔底采出,使常压塔底出料为高纯度软水,将其循环复用为预塔萃取水,实现了系统内的工艺软水集成,不但降低了新鲜工艺软水的消耗,而且还减少了系统的废水排放量.运用计算机稳态模拟方法对传统的两塔工艺、现有的三塔双效精馏工艺和本文提出的新工艺进行了对比研究,研究结果表明：新工艺可以比两塔工艺节能49.2%,节水38.0%;比现有三塔工艺节能24.7%,节水38.0%.     

氢同位素的低温精馏分离及模拟技术

低温精馏分离氢同位素的技术,是可使聚变反应器燃料循环使用的有效方法。在研究低温精馏氢同位素的过程中,必须考虑到物系的特殊性,如氚具有衰变热、氢溶液的非理想性,以及严格的分离要求等。文章从理论及实际出发综述了氢同位素低温精馏体系的发展过程,并比较和讨论了各种流程的构造及特点,总结了氢同位素低温精馏模拟研究的发展历程和目前状况。提出进一步研究低温精馏分离氢同位素的必要性。     

水合物法分离H2＋CH4体系的非平衡级模拟

针对H₂+CH₄体系在四氢呋喃(THF)水溶液中H₂的分离，提出了适合水合物多级分离技术的非平衡级算法——微元法，对此方法做了详尽的阐述.以湿壁塔为例，采用微元法计算了气、固相组成及其负荷，同时对不同温度、压力以及流量对水合物多级分离的影响做了比较.     

带侧反应器反应精馏塔的苯氯化与氯苯精馏过程模拟研究

引入独立反应量概念建立了多侧线进料的带侧反应器的反应精馏塔平衡级模型,并运用Newton-Raphson法解该模型的MESH方程. 将该方法应用于苯氯化反应精馏过程模拟,模型具有很好的收敛效果. 在给定的模拟条件下,Cl2进料量为8 kmol/h时,产品氯化苯纯度达96.8%,最佳苯进料量为7.77 kmol/h. 模拟结果可用于指导苯氯化生产.     

不同温度反应与精馏集成生产醋酸叔丁酯的过程模拟

针对醋酸与异丁烯加成酯化可逆反应温度低、精馏分离温度高的特点,采用带侧反应器的反应精馏集成过程(SRC)建立了低温反应与高温精馏集成的醋酸叔丁酯生产新工艺。固定塔釜上升汽化量100 kmol·h^-1,规定新鲜醋酸进料的转化率达到99.9%、醋酸叔丁酯选择性达到97.0%,采用过程模拟考察了进入侧反应器的精馏塔采出量、精馏段塔板数、侧反应器进出口间隔塔板数和侧反应器台数等参数对合成醋酸叔丁酯的SRC过程的影响。模拟结果表明,醋酸与异丁烯加成酯化生产醋酸叔丁酯的SRC过程中只有反应能力与分离能力达到最佳匹配才能使单位产品的生产成本最小。研究结果为醋酸叔丁酯生产新工艺的放大设计与优化奠定了基础。     

隔板精馏塔分离氯化亚砜的模拟研究

隔板精馏技术是一种节能、高效的新型分离工艺。以氯化亚砜产品的精馏过程为实例,应用PRO/II软件对两塔工艺进行模拟计算,模拟结果与工业生产实际数据对比吻合良好,可以得到高纯度产品。进一步模拟计算隔板精馏塔工艺,讨论了汽液相分配比、回流量和侧线采出位置对产品纯度及能耗的影响,确定最适宜操作条件为液相分配比1.4、汽相分配比2、回流量17 000 kg/h、侧线于采出段34块板采出。在最适宜操作条件下与常规精馏塔间接、直接精馏序列相比,分别可节能25.8%和17.9%。     

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。     

萃取精馏和变压精馏分离苯-乙醇的模拟研究

采用Aspen Plus化工流程模拟软件，通过NRTL热力学模型，分别进行苯和乙醇混合物的萃取精馏和变压精馏分离模拟研究。萃取精馏采用丙三醇为萃取剂，萃取精馏塔以33为理论塔板数、28为混合物进料位置、2为萃取剂进料位置、1.1为回流比、3.0为溶剂比(萃取剂用量与混合物进料量比值);溶剂回收塔以5为理论塔板数、3为进料位置、1.0为回流比时，分离得到苯和乙醇的质量分数均为99.62%。变压精馏由常压塔(101.325 kPa)和高压塔(520 kPa)串联而成，常压塔以18为理论塔板数、8为进料位置、3.0为回流比；高压塔以16为理论塔板数、10为进料位置、3.0为回流比时，可得到乙醇和苯质量分数分别为99.52%和99.01%。     

背包式反应器与精馏塔耦合合成醋酸甲酯的模拟

针对背包式反应器与精馏塔耦合过程循环流股多,模拟计算收敛难度大的缺点,在Aspen P lus的RadFrac模型中引入Murphree板效率,仅用一个精馏塔模型就描述了这个复杂耦合过程的模拟模型。在固定精馏塔塔板数的情况下,讨论了背包反应器个数和间隔位置、进料位置、回流比和催化剂量等因素对醋酸甲酯合成的影响。初步探索了反应能力和分离能力的匹配问题。模拟结果表明,当采用5个背包反应器,反应器之间间隔4块分离塔板的配置时,在适宜条件下醋酸总转化率可达到96.3%。     

分隔壁萃取精馏塔分离醋酸水溶液的模拟

提出了一种新的单塔萃取精馏精制醋酸水溶液的新工艺,该工艺采用分隔壁萃取精馏塔(DWC-E)替代常规萃取精馏流程的萃取精馏塔及溶剂回收塔,不仅节省了设备投资,而且降低了总能耗。利用Aspen Plus模拟软件,对DWC-E塔及常规萃取流程进行了模拟。DWC-E塔的操作条件:塔板数40块,侧线精馏段的板数10块,回流比2,溶剂摩尔比2.5,在此条件下,比较了常规萃取精馏流程与分隔壁精馏塔内温度、液相组成及汽液相流量的变化。结果表明,DWC-E塔比常规的2塔萃取精馏流程节能23.91%。     

制取无水叔丁醇的精馏工艺优化和对比

无水叔丁醇是一种重要的化工原料,然而在工业生产过程中会与水形成最低共沸物,难以通过简单精馏的方式获得。基于此,本文提出双塔萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和反应精馏三种精馏工艺来制取高纯度叔丁醇。在双塔和隔壁塔萃取精馏的优化中,利用Aspen Plus软件模拟该分离过程,以年度总费用（TAC）为目标进行过程优化,得到最佳操作参数。在反应精馏塔中,采用环氧乙烷多股进料的方式,环氧乙烷可与水反应并打破叔丁醇/水的共沸平衡最终制得无水叔丁醇。鉴于反应精馏塔的复杂性,对于反应精馏塔的操作参数进行详细的灵敏度分析以确定反应精馏塔在叔丁醇除水的可行性和潜力。模拟结果表明,与双塔萃取精馏相比,隔壁塔萃取精馏虽然能降低能耗但是也会增加6.51%的TAC,因此隔壁塔萃取精馏并不具有经济性;而反应精馏塔则能降低47.69%的能耗和35.36%的TAC,显现出巨大的应用潜力。     

进料组成改变对隔板塔经济性影响的模拟

完全热耦合精馏相比传统精馏可以减少设备投资和操作费用,可代替传统精馏分离多组分混合物。对隔板塔（完全热耦合精馏塔）用于分离三组分混合物时的可操作性和经济性进行了研究。采用严格模拟方法,针对4种不同的进料组成设计了4种不同的隔板塔,并得出各个隔板塔气相和液相分割比对隔板塔年度总费用（TAC）的关系曲线,研究了当进料组成改变时4种隔板塔的经济性。     

基于Aspen Plus醋酸乙烯精馏塔的模拟优化

利用Aspen Plus软件,选择NRTL活度系数方程和Hayden-O′connell逸度系数方程的热力学模型,应用系统中的RadFrac精馏模块对醋酸乙烯精馏塔进行模拟,模拟值与实际值基本吻合。讨论了进料位置、回流比、塔顶侧线采出量等参数对精馏分离精度与能耗的影响,提出优化方案为：进料板为第62块,回流比为32,侧线采出质量流量为37.5 t/h。此参数下,重新进行计算,结果显示,塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热流量分别降低了15.5%和16.9%,塔顶侧线采出液中醋酸乙烯和塔釜采出液中醋酸的质量分数分别上升了0.4%和0.13%。     

基于分壁式精馏塔的甲醇-碳酸二甲酯分离新工艺研究

提出了利用分壁式萃取精馏塔分离甲醇-碳酸二甲酯共沸物的新工艺,分析并建立了分壁式萃取精馏塔的热力学等效模型,利用Aspen Plus对该塔进行模拟和参数优化。主塔理论板数为36块,侧线精馏段理论板数为5块,隔板底端在主塔第27块塔板上,原料进料在第15块板,萃取剂进料在第3块板,回流比为1.2,溶剂比为1.2,在此参数下对分壁式萃取精馏塔进行严格模拟,可得到质量分数99.58%的碳酸二甲酯和99.82%的甲醇,回收萃取剂的质量分数可达到100%。与常规萃取精馏工艺相比,再沸器热负荷降低16.01%,冷凝器热负荷降低13.47%。     

天然气-煤共气化制备合成气热态模拟

天然气-煤共气化制备通用合成气技术是基于天然气蒸汽转化法和煤气化过程开发的新工艺，通过技术原理分析，可以直接制备出H₂/CO在1.0～2.0之间可调的粗合成气.应用移动床反应器进行热态模拟实验，主要研究了不同操作参数对火焰区温度及合成气有效成分(H₂＋CO)和H₂/CO的影响.结果表明：天然气与氧气在同一位置喷入反应器，控制喷吹参数H₂O/CH₄/O₂以及流量，在气化炉炉温不低于1000 ℃的条件下，煤或焦炭中挥发分基本裂解，可以直接制备出H₂/CO在1.0～2.0之间，有效成分大于90.0%，残留的CH₄小于2.0%的粗合成气.     

轻汽油反应精馏醚化过程模拟

利用Aspen lus软件对轻汽油醚化的反应精馏过程进行了模拟.采用平衡级模型RedFrac模块作为反应精馏模型,对C5活性烯烃与甲醇醚化生成TAME反应进行了模拟计算,考察了反应精馏塔的进料醇烯比、进料位置,回流比、塔釜温度及操作压力几个因素对醚化转化率的影响,获得最优的反应条件,研究结果可以为轻汽油醚化过程和工艺设计提供依据和借鉴.     

C_5第2萃取精馏单元过程模拟与优化

介绍了C5第2萃取精馏单元,采用Dortmund修正的UNIFAC基团贡献法预测二甲基甲酰胺-C5体系气液相平衡,修正了Wilson热力学方程中二元交互作用参数,为二甲基甲酰胺萃取精馏分离C5烃类模拟提供了适用的热力学模型。利用Aspen Plus软件,对第2萃取精馏塔进行了模拟分析,考察了萃取精馏塔主要工艺参数溶剂比(质量比)、回流比、进料位置对分离效果和塔热负荷的影响,确定了适宜的工艺操作条件,为节能降耗提供依据。