内部热耦合反应精馏塔塔构型的研究

以乙酸甲酯水解为例,利用模拟软件Aspen Plus建立了内部热耦合反应精馏塔模型,研究了内部热耦合反应精馏塔各种可能塔构型的节能效果,并且在相同的产品要求和最小传热温差下对内部热耦合反应精馏塔各构型的能耗进行了对比。结果表明,塔构型对乙酸甲酯水解的内部热耦合反应精馏流程的操作性能有重要的影响,并且存在最佳构型。其最佳构型的特征为,反应段全部在内部热耦合反应精馏塔的精馏塔内且精馏塔与提馏塔中理论板均参与传热的塔构型。     

催化精馏塔中乙酸甲酯水解的研究

A nonequilibrium stage model was used to simulate countercurrent multicomponent catalytic distillation processes for methyl acetate hydrolysis. Computations of stage eiliciencies or height equivalent to a theoretical plate (HETP) were entirely avoided by this model. The consistency of simulated results and experimental data in conversions and concentration of each component along a column indicates that the model predicts the actual process well. The influences of operating parameters on hydrolytic conversions, such as feed molar ratios, feed locations, feed and reflux rates, heights of reactive and stripping sections, were analyzed adequately by simulating calcuiations. A good operating mode was then obtained, which is helpful to the development of a new process.     

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。     

反应精馏隔壁塔内合成乙酸甲酯的模拟

提出了一种应用反应精馏隔壁塔合成乙酸甲酯的新工艺流程,采用反应精馏隔壁塔替代常规反应精馏流程中的反应精馏塔及甲醇回收塔。利用Aspen Plus模拟软件,对反应精馏隔壁塔及常规流程进行了模拟,比较分析了两种流程塔内液相组成分布,并分析了塔顶回流比与气相分配比对反应精馏隔壁塔的影响。结果显示新流程可以节能11.9%,并能降低设备投资费用和操作费用。     

内部热耦合精馏塔的传热及优化

为研究同轴式内部热耦合精馏塔（HIDiC）在不同压缩比下的传热量和传热系数;以乙醇-水为分离物系;在自制中试装置中进行了实验研究。建立了同轴式HIDiC的传热模型即利用闪蒸罐代替塔板;计算进出闪蒸罐物流的焓值差;从而得到精馏段与提馏段板间换热量;并通过划分区域的方法计算了传热系数。以年度总费用（TAC）作为优化指标研究了实现外回流为零时所需的外部换热器的个数。结果表明:当压缩比为2.2时;塔间传热量最大;冷凝器和再沸器的负荷最低;且压缩比与传热系数的关系为负相关;随着精馏段与提馏段板间最小换热温差的增大;所需外部换热器个数不断减少;TAC呈现降低的趋势;当外部换热器个数为1;即热量耦合位置为精馏段第一块板与提馏段第一块板时;TAC最低。     

用隔壁式反应精馏塔技术水解乙酸甲酯的模拟研究

提出1种单塔催化水解乙酸甲酯的新工艺流程,即采用隔壁式反应精馏塔替代常规反应精馏流程中的反应精馏塔及甲醇精馏塔.应用Aspen Plus模拟软件,对新工艺流程及常规反应精馏流程进行了模拟,考察水酯进料摩尔比、回流比、水酯进料位置及气相分配比等因素对新工艺的影响,并对2种工艺作了对比,结果显示新工艺流程可以节省再沸器能耗19.6%,并能降低设备投资费用和操作费用.     

内部热耦合精馏塔的传热及优化

为研究同轴式内部热耦合精馏塔（HIDiC）在不同压缩比下的传热量和传热系数,以乙醇-水为分离物系,在自制中试装置中进行了实验研究。建立了同轴式HIDiC的传热模型即利用闪蒸罐代替塔板,计算进出闪蒸罐物流的焓值差,从而得到精馏段与提馏段板间换热量,并通过划分区域的方法计算了传热系数。以年度总费用（TAC）作为优化指标研究了实现外回流为零时所需的外部换热器的个数。结果表明：当压缩比为2.2时,塔间传热量最大,冷凝器和再沸器的负荷最低,且压缩比与传热系数的关系为负相关;随着精馏段与提馏段板间最小换热温差的增大,所需外部换热器个数不断减少,TAC呈现降低的趋势,当外部换热器个数为1,即热量耦合位置为精馏段第一块板与提馏段第一块板时,TAC最低。     

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]。     

内部热耦合精馏塔节能特性研究

以苯-甲苯作为分离物系,对内部热耦合精馏塔进行模拟计算。模拟结果表明内部热耦合精馏塔的温度及液相流率分布等特性与传统精馏塔存在较大差异,分析讨论了压缩比对内部热耦合精馏塔特性的影响。文章对精馏装置节能改建具有重要指导意义。     

基于内部热耦合精馏塔非线性wave模型的高纯控制

首先建立内部热耦合精馏塔（ITCDIC）的非线性波动降阶模型,并将非线性波动理论（wave）应用到ITCDIC控制问题中,实现一般模型控制（GMC）方案.与传统控制方案相比,基于波动理论的一般模型控制（waveGMC）不再采用ITCDIC的近似线性模型,更好地解决了高纯控制过程中的非线性问题,通过对波形的速度和位置控制能够在短时间内使系统达到稳定.苯-甲苯物系的实例研究表明,ITCDIC波动模型在高纯控制过程中能够精确反映ITCDIC的动态特征,waveGMC控制方案较传统控制方案更加稳定可靠.     

侧反应器反应精馏方法生产醋酸甲酯的模拟

采用强酸性阳离子交换树脂催化醋酸与甲醇反应精馏生成醋酸甲酯,可避免硫酸作为催化剂的不足。但该非均相催化反应受平衡限制,且达到平衡时间较长,采用传统反应精馏塔难以提供足够反应空间。文中设计侧反应器与精馏塔耦合新工艺,采用Aspen Plus软件模拟研究了侧反应器数量、位置,原料进料位置,回流比,醇酸比等对反应精馏过程的影响。结果表明,当装置具有7个侧反应器,反应器间隔4块板,在优化的操作条件下,醋酸甲酯质量分数可达99.1%。     

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%。     

催化精馏合成醋酸甲酯的研究

以强酸型阳离子交换树脂为催化剂,在直径为40 mm的填料塔内对催化精馏合成醋酸甲酯进行了研究。实验塔的三段填料高度分别为810、270、450 mm,填料段之间放置直径为60 mm、高度为175 mm的2节催化剂床层,并在塔釜放置催化剂。采用连续操作,着重考察了醇酸进料摩尔比、醋酸进料位置、甲醇进料位置和回流比对催化精馏合成醋酸甲酯的影响。在选定实验条件下,塔顶醋酸甲酯的质量分数可达到98.43%,醋酸的转化率达到99.13%。     

无冷凝器及再沸器的热集成蒸馏塔技术进展

蒸馏塔内部热集成技术系指同一塔内通过精馏段和提馏段之间的热量集成。介绍了内部热集成蒸馏塔的结构、特点、节能原理以及发展概况。该项技术被认为是最具节能潜力的新型蒸馏技术之一,与传统蒸馏塔相比,内部热集成蒸馏塔节能可达到30%—60%。近年来,塔内部热集成技术研究呈现加速发展的势态,国外学者已成功地完成了中试,并开始工业化应用的研究。     

乙酸乙烯精馏过程的模拟优化与工业应用

利用化工流程模拟软件对乙酸乙烯精馏过程进行模拟优化,通过模型对比得到了适用于计算该物系的物性方法;分析了各工艺参数对分离过程的影响,得到了最佳进料板位置、回流比和采出量。同时在原有塔体不变的情况下,利用高效导向筛板对乙酸乙烯精馏过程进行改造,并得到了工业应用。改造后工厂的运行结果表明,结合计算机优化的高效精馏技术能有效地提高产品纯度,降低原料和能量消耗,从而取得了很好的经济效益。     

内部热耦合精馏塔构型研究

以丙烯-丙烷分离过程为例,研究了4种内部热耦合精馏塔的性能,并与常规精馏塔和热泵精馏塔进行了比较。结果发现,不同构型的内部热耦合精馏塔之间性能差异很大,其中提馏段与精馏段上端对齐,逐板进行热交换的构型性能最佳,其有效能耗比热泵精馏塔低25%—40%,节能效果显著。还探讨了内部热耦合精馏塔的压缩比与换热面积的关系,压缩比越小,换热面积越大,换热面积的逐板分布越不均匀。     

间歇反应精馏合成乙酸异丙酯

以乙酸和异丙醇为原料通过间歇式反应精馏合成乙酸异丙酯,正交实验给出最佳合成条件为:回流比3、反应时间1.5h、乙酸与异丙醇的物质的量比1∶1.5、催化剂用量为乙酸体积2%,乙酸异丙酯的最大收率为92.8%。     

Reactive distillation for methyl acetate production

We describe a hierarchy of methods, models, and calculation techniques that support the design of reactive distillation columns. The models require increasingly sophisticated data needs as the hierarchy is implemented. The approach is illustrated for the production of methyl acetate because of its commercial importance, and because of the availability of adequate published data for comparison. In the limit of reaction and phase equilibrium, we show (1) the existence of both a minimum and a maximum reflux, (2) there is a narrow range of reflux ratios that will produce high conversions and high purity methyl acetate, and (3) the existence of multiple steady states throughout the entire range of feasible reflux ratios. For finite rates of reaction, we find (4) that the desired product compositions are feasible over a wide range of reaction rates, up to and including reaction equilibrium, and (5) that multiple steady states do not occur over the range of realistic reflux ratios, but they are found at high reflux ratios outside the range of normal operation. Our calculations are in good agreement with experimental results reported by Bessling et al., [Chemical Engineering Technology 21 (1998) 393].     

Modeling and analysis of conventional and heat‐integrated distillation columns

A generic model that can cover diabatic and adiabatic distillation column configurations is presented, with the aim of providing a consistent basis for comparison of alternative distillation column technologies. Both a static and a dynamic formulation of the model, together with a model catalogue consisting of the conventional, the heat‐integrated and the mechanical vapor recompression distillation columns are presented. The solution procedure of the model is outlined and illustrated in three case studies. One case study being a benchmark study demonstrating the size of the model and the static properties of two different heat‐integrated distillation column (HIDiC) schemes and the mechanical vapor recompression column. The second case study exemplifies the difference between a HIDiC and a conventional distillation column in the composition profiles within a multicomponent separation, whereas the last case study demonstrates the difference in available dynamic models for the HIDiC and the proposed model. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 4251–4263, 2015