基于Aspen Plus的三组分混合物精馏节能方案的模拟研究

介绍了直接精馏、间接精馏及完全热耦合精馏3种精馏方案,利用Aspen Plus软件对分离指数为0.69和1.2的三组分混合物,在中间组分摩尔分数为0.2,0.4,0.5,0.6及0.8,进料热状况q值为0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1的条件下,进行了直接精馏、间接精馏和完全热耦合精馏的模拟优化。模拟结果表明:对于直接精馏和间接精馏,当进料组成相同时,进料热状况值为1时能耗最低;当进料热状况值一定时,中间组分摩尔分数为0.2时,能耗最低;分离指数为0.69的三组分混合物进行完全热耦合精馏时,进料中间组分摩尔分数与进料热状况值相等时,热负荷最小;对于同一分离体系,3种精馏方案中完全热耦合精馏最为节能。研究结果为减少精馏过程中的能耗提供了理论依据。     

用t-x-y相图与焓—浓图关联确定精馏塔的理论塔板数

1 饱和液体、汽液混合和饱和蒸汽进料对于这三种热状况进料时,首先在进料段进行平衡汽化,气相组成和液相组成,气相量和液相量都遵守扛杆规则。而气相热量与液相热量也是定值,即 Q_V/Q_L=VH_V/LH_L=a_m·a_h=a_q 这也就是汽液平衡吋热量分配的扛杆规则。所以这三种热状况进料的精馏可谓平衡型精馏。对于这三种热状况进料的精馏塔的理论塔板数可用t-x-y相图和焓—浓图关联确定。如图1、图2和图3所示。     

通过连续精馏热量平衡 剖析进料热状态的合理选择

液体精馏是化工原理课程重要的单元操作之一。精馏的进料热状态影响到精馏工程中的多个方面。进料热状态的合理选择涉及了能量的合理利用问题。从连续精馏热量平衡的角度剖析进料热状态的合理选择,不仅能使学生深刻理解精馏理论原理,而且能够引导学生树立起技术经济的概念和争取工程最优化的工程观点。     

19万t/a醋酸乙烯精馏装置的技术改造

应用计算机模拟了进料热状况对醋酸乙烯精馏系统的影响,并计算了不同回流比下的塔板数、能耗、冷却负荷等参数值,通过改变进料热状况消除塔内恒浓区,优选出最佳精馏方案,即进料气化率20％、同流比为2、理论板数为63。应用复合斜孔塔板代替筛板塔板,对醋酸乙烯精馏塔进行了技术改造。改造后装置生产能力提高至19万t／a,节能20％,产品质量稳定,醋酸乙烯精馏塔运行周期延长至4年。     

进料热状况对精馏能耗影响

利用Aspen Plus模拟软件并结合理论分析开展进料热状况对精馏能耗的影响研究.研究表明,当进料流量和组成、产品流量、塔板数和板效率.回流比等参数不变的条件下,随着进料热状况的改变,塔的分离能力和塔内气体和液体流量也随之改变.冷液进料时,塔的分离能力较高,但是能耗较大.随着进料热状况参数q值减小,塔的分离能力下降,但是能耗也随着减小.在能够满足分离要求的前提下,使进料处在较小q值的热状况,可以达到节能的目的.     

尾气回收料精馏工艺的模拟研究

为了降低改良西门子法精馏过程的能耗,模拟和优化了尾气回收料精馏过程中脱重-脱轻和脱轻-脱重2种工艺路线,比较了2种工艺路线的综合热负荷。结果表明,脱重-脱轻工艺脱轻塔的总热负荷小于脱轻-脱重工艺的脱轻塔的总热负荷,进料1时小了约43 k W,进料2时小了约34 k W,进料3时小了14 k W。脱重-脱轻工艺的脱重塔的总热负荷则明显大于脱轻-脱重工艺的脱重塔的总热负荷,进料1时高出约50 k W,进料2时高出约41 k W,进料3时高出约34 k W。对于尾气回收料精馏而言,脱重-脱轻工艺的综合热负荷大于脱轻-脱重工艺的综合热负荷,脱轻-脱重工艺是更好的精馏工艺路线。原因是,相对于脱轻-脱重工艺,脱重-脱轻工艺脱重塔需要处理的物料流量更大,塔顶温度要更低。     

丙酮-水精馏塔模拟及优化改造

丙酮作为有机溶剂,使用广泛,丙酮回收过程中,多采用精馏塔进行分离提纯。本文采用Aspen Plus流程模拟软件Rad Frac严格精馏模型对丙酮-水精馏过程进行了模拟计算,详细分析了进料温度、进料位置、进料浓度和塔板压降对精馏塔再沸器热负荷的影响,依据模拟结果对精馏塔从预热器结构优化设计、进料位置调节优化和浮阀塔板结构上进行了改造,实现了精馏过程的节能。     

反应精馏法合成醋酸丁酯的模拟研究

文章采用Aspen Plus对反应精馏法生产醋酸丁酯过程进行稳态模拟。对塔板数、进料位置及进料比进行了优化,得到了精馏塔理论板上的温度、汽(液)相流量组成分布和再沸器热负荷。结果表明进料位置和进料比对年总成本TAC影响很大。该计算对反应精馏法合成醋酸丁酯工艺的设计和操作具有实际意义。     

基于危险和可操作性和模拟计算的氯乙烯精馏定量风险分析

为提高工业过程风险分析的准确性,通过危险和可操作性（HAZOP）定量分析方法建立了基于HAZOP定量分析模型。本文将传统的HAZOP分析和化工模拟软件Aspen Plus相结合,建立工艺流程模型。通过灵敏度分析功能模拟过程参数产生偏差大小对系统影响的程度,从而对偏差进行量化,确定过程参数的安全操作范围。将此方法应用于某化工厂氯乙烯精馏的风险分析中,结果表明,该方法可以准确反映进料参数偏差对氯乙烯精馏系统的影响：当进料温度相对偏差高于25%时,低沸塔再沸器热负荷超出安全阈值;进料量相对偏差高于20%时,两塔冷凝器热负荷超出安全阈值;进料组成绝对偏差高于1.5%时,高沸塔冷凝器热负荷超出安全阈值,塔顶产品质量下降。通过进料参数偏差量化,实现氯乙烯精馏定量风险分析,为企业提出更为有效的安全措施。     

常规变压精馏和变压热集成精馏分离乙腈和水的模拟

利用Aspen Plus软件对乙腈和水的分离分别采用常规变压精馏工艺和变压热集成精馏工艺进行模拟,选用UNIQUE物性方法进行计算,以能耗最低为目标函数,满足乙腈和水的质量分数都不低于99%,对常规变压精馏和变压热集成精馏进行了分析,从而确定最佳工艺。对于常规变压精馏工艺,高压塔理论板数为14,进料板位置9,回流比1. 1;常压塔理论板数为12,进料板位置8,回流比1. 6。对于变压热集成精馏工艺,高压塔进料板位置为7,回流比为1. 17;常压塔进料板位置为8,回流比为1. 6。与常规变压精馏相比,变压热集成精馏再沸器能耗降低49. 75%,冷凝器能耗降低51. 53%,且无需增加再沸器和冷凝器。     

基于双效精馏回收乙醇的节能效果模拟研究

采用NRTL-RK热力学计算模型,通过稳态模拟优化计算,基于双效精馏流程回收乙醇,考察进料温度对三种不同结构的双效精馏流程节能效果的影响。研究结果表明:双效精馏A节能率在33%以上,较适合低温气体进料;双效精馏B节能率约为16%左右,双效精馏C节能率约为8%左右,且双效精馏B和C较适合高温气体进料。研究结果可为回收乙醇的双效精馏流程的选择和进料温度的确定提供理论依据。     

氯代环己烷合成新工艺中精馏分离工艺的研究

研究了以苯为原料,部分加氢制备环己烯,产物环己烯、环己烷和未反应的苯不经分离,直接与氯化氢加成制备氯代环己烷的合成新工艺路线。该工艺解决了沸点相近的苯、环己烷、环己烯难以分离的问题,氯代环己烷在产物中采用普通精馏分离。考察了进料组成、进料量、进料热状况对氯代环己烷精馏产品质量的影响,结果显示,氯代环己烷产品常压精馏的最佳工艺实验条件为:加热电压200V,全回流70min,变回流比1.5~3.5。     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构（即隔板塔）进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

高浓度含酚废水的变压精馏分离过程研究

为了实现高浓度含酚废水中的苯酚回收和减少含酚废水处理量,针对苯酚水二元共沸物系的压力敏感性,利用Aspen软件对高浓度含酚废水的变压精馏分离进行了可行性研究,并以全年总成本TAC为目标函数,采用序贯迭代法对苯酚水混合物的变压精馏分离过程进行了流程优化。当高压塔操作压力1 418.55 k Pa,理论板数61,进料位置30,循环物流进料位置15,回流比2.09,低压塔操作压力101.325 k Pa,理论板数7,进料位置6,回流比0.19时,苯酚回收率可达到99.1%,水纯度为99.9%,再经生化处理后就可直接排放。在此基础上,对热集成工艺在含酚废水变压精馏过程中的经济性进行了分析,结果表明:对于苯酚质量分数为10%的含酚废水的变压精馏过程,部分热集成工艺可降低能源消耗1 137 k W,节约运行成本$283 709,且部分热集成变压精馏比完全热集成变压精馏具有更低的运行成本。     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构(即隔板塔)进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

氢化料精馏工艺的模拟研究

针对改良西门子法精馏过程能耗较高的问题,模拟和优化了四氯化硅氢化料精馏过程中脱轻-脱重和脱重-脱轻2种工艺路线,比较2种了工艺路线的综合热负荷。结果表明,在相同进料组成、操作压力、分离要求前提下,脱轻-脱重工艺的综合热负荷明显大于脱重-脱轻工艺的综合热负荷,进料1时高出19%,进料2时高出24%,进料3时高出20.1%,平均高出21%。原因是与脱重-脱轻工艺中脱轻塔相比,脱轻-脱重工艺中脱轻塔需要处理的物料流量大,而且其塔底温度要更高一些,导致后一个塔的总热负荷明显高于前一个塔的总热负荷。     

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。     

进料组成对热偶精馏节能效果的影响

以苯-甲苯-二甲苯为实验物系,通过模拟软件模拟计算,研究了进料组成对TCS热偶精馏,TCS-R热偶精馏,TCS-S热偶精馏节能效果的影响.结果表明,主要组分为轻组分时,这3种热偶精馏的节能效果均较好,其中TCS热偶精馏的节能效果是最好的,节能率为33.8%.     

萃取精馏分离苯/环己烷共沸体系的控制策略

将常规萃取精馏、差压热耦合萃取精馏以及隔壁塔萃取精馏技术应用于以糠醛为萃取剂的苯和环己烷共沸物分离过程。在稳态模型的基础上,利用Aspen Dynamics软件进行控制研究,对三工艺流程提出了若干控制策略。结果表明,对于常规萃取精馏过程,再沸器热负荷与进料量比值控制结构在降低控制过程超调量方面表现出明显优势;对于差压热耦合萃取精馏过程,带有压力-补偿控温策略的方案控制效果更佳;而对于隔壁塔,则选择了无隔板下方气液分离比控制的结构来作为较优的控制策略。     

最小有效能损耗的多组分精馏流程优化设计

提出了以有效能损耗最小为目标、同时又考虑热集成的多组分复杂精馏塔序列优化设计新策略。该复杂精馏塔模型:1股进料、2股出料,每块理论板上均可有中间冷凝器或再沸器。复杂精馏过程的设计步骤是:①根据过程有效能最小确定优化塔序列;②对每个塔优化设计出含中间换热器的复杂塔;③考虑多效且允许热集成的复杂精馏流程,以塔压为决策变量,以精馏过程有效能损耗最小为目标,建立并优化设计出一个热集成的复杂精馏流程。一个3组分精馏过程的例子表明所提策略简单有效,可用来指导多组分精馏过程的优化设计。