Aspen Plus模拟甲醇-乙醇-水体系的萃取精馏

利用Aspen Plus软件模拟技术,对甲醇-乙醇-水体系进行萃取精馏模拟计算,并用实验进行验证。考察了三塔萃取精馏过程中的T1塔、B1塔和B2塔的塔板数、溶剂比(质量比)、进料位置以及回流比对分离产物纯度的影响,确定了萃取精馏塔T1的塔板数为25,回流比为0.4,原料进料位置在19块塔板,萃取剂进料位置在第5块塔板,B1塔的塔板数为38,回流比12,进料位置在18块塔板,B2塔的塔板数为20,回流比0.27,进料位置在13块塔板。在此条件下,99.511%的甲醇收率高达99.754%,99.829%的乙醇收率高达99.887%,模拟结果与实验结果数据吻合度较高,说明该萃取精馏过程能将甲醇-乙醇-水体系高效分开,该模型适用于分离甲醇-乙醇-水混合物。     

关于酒精醪-精馏耦合型化工塔器的设计

酒精醪 -精馏耦合型化工塔器系由常规的酒精 (乙醇 )蒸馏机组中的醪塔与精馏塔之精馏段耦合而成。辅之以近沸点或沸点进料和低沸物超前分离工艺及装置系统 ,采用塔底再沸器一点进汽并将二次蒸汽供后续各塔之加热用 ,所得汽凝液亦可再利用 ,如此处理 ,可收到显著的节能效果并提高产品的质量     

持液量对乙二醇单乙醚催化精馏的影响及塔板的优化设计

提出以环氧乙烷和乙醇为原料、乙醇钠为催化剂,均相催化精馏合成乙二醇单乙醚的工艺。应用Aspen Plus模拟软件和Cup-Tower水力学分析软件,研究了塔板持液量对催化精馏过程的影响,建立了一种基于水力学可行的催化精馏塔板优化设计方法。模拟分析表明,塔板持液量对催化精馏过程有重要影响,过小的持液量将导致原料的转化率降低,而过大持液量将导致目标产物选择性下降,同时持液量受塔结构和塔板水力学条件限制。通过对催化精馏塔的塔径和溢流堰堰高等参数优化,得到优化的持液量数据比常规精馏塔的塔板持液量提高了约2.9倍,对应塔顶EO质量浓度为0.8%,目标产物的选择性为90.4%,可同时达到催化精馏的技术要求和塔水力学条件。     

分子筛膜-精馏耦合用于费托合成水相副产物混合醇回收的工艺流程模拟

费托合成油水相副产物混合醇的回收多采用萃取精馏的分离方法,此方法需要配置7个精馏塔和5路循环回路。通过分析发现,流程冗长的关键因素在于混合醇中除甲醇外各个组分均与水产生共沸,而分子筛膜渗透汽化技术不受汽液平衡的限制,因此可以利用分子筛膜渗透汽化技术将混合醇中的水分先脱除,然后再利用精馏技术对混合醇各组分进行分离。本文完成了精馏-膜分离耦合工艺分离混合醇的全流程模拟,并与传统的萃取精馏工艺流程进行对比。精馏-膜分离耦合工艺大幅简化了原有萃取精馏工艺流程,整体能耗降低30%。并根据此流程在陕西延长石油（集团）有限公司建成了国内第一套膜分离-精馏耦合工艺的1000t/a低碳混合醇回收和分离的工业示范装置。     

单(2-羟乙基)铵甲酸盐离子液体用于乙醇水溶液萃取精馏的过程模拟

利用Aspen Plus模拟软件,模拟研究了由乙醇质量分数为95%的工业酒精通过常压萃取精馏制取无水乙醇的工艺过程,并对单(2-羟乙基)铵甲酸盐离子液体和乙二醇传统萃取剂的分离性能进行了比较分析。考察了原料和萃取剂的进料位置、萃取剂用量、回流比等参数对分离效果的影响,获得了优化的操作条件,即精馏塔塔板数28,原料进料板为第17块,萃取剂进料板为第2块,溶剂比为0.6,摩尔回流比为1.6。在优化操作条件下,塔顶产品中乙醇的质量分数可达99.98%,与乙二醇为萃取剂的传统萃取精馏过程相比,再沸器热负荷降低28%,具有明显的节能效果。     

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%。     

基于能耗评价的变压精馏分离乙醇-氯仿共沸物的工艺模拟

运用Aspen Plus软件对乙醇-氯仿混合物变压精馏工艺进行模拟与研究,并且基于总流程能耗最小的评价方式对工艺参数进行优化,最终实现了乙醇与氯仿的高效分离,乙醇与氯仿产物的质量纯度均达到0.999,最终的工艺参数为低压塔的塔板数35,回流比0.8,进料位置21,循环物流进料位置14;高压塔的塔板数33,回流比1.1,进料位置23。该研究方法为基于能耗最小优化工艺参数的变压精馏设计提供了参考。     

1000 t·a-1左乙拉西坦项目丙酮精馏本质安全工艺设计

作者对年产1 000 t·a^-1左乙拉西坦项目丙酮精馏工段进行了本质安全工艺设计。通过Aspen Plus软件对丙酮-水精馏塔进行物料衡算,并对精馏塔的关键操作参数进行模拟与优化,得到最终的优化结果:丙酮-水精馏塔的塔板类型为筛板塔,回流比R=1.97、理论塔板数为12、进料板位置为第10块塔板,塔径为0.8 m,塔高为9.5 m。在完成塔设计的基础上对精馏塔进行了安全控制方案的设计。     

含氧煤层气脱氧制LNG工艺研发

设计了一种利用氮-甲烷膨胀制冷低温精馏含氧煤层气制LNG的工艺,并对其进行了模拟分析。结果表明,该工艺可较彻底除去氮气、氧气等,获得较高浓度的LNG产品。同时分析了回流比、塔板数以及入塔温度对塔底产品含氧量和甲烷含量的影响,并且对该低温精馏工艺中的各设备进行了能耗分析。结果表明,在精馏塔进料温度为-163℃、压力为0.2 MPa时,最佳工艺操作条件为回流比1.5,塔板数24,在此条件下,甲烷回收率可达99.64%,塔底甲烷产品纯度高达99.98%,氧气体积分数仅为0.016%,系统单位能耗0.573 kWh/m3。     

偏三甲苯分离工艺的能量优化

讨论了几种不同的热集成精馏工艺,选择了差压热耦合精馏流程用于从C9芳烃中分离提纯得到高纯度偏三甲苯(1,2,4-三甲苯)的工艺.该分离装置采用两个高效填料精馏塔,第一个塔采用负压操作,分离比偏三甲苯轻的组分;第二塔采用加压操作,由塔顶得到高纯度的偏三甲苯.两塔间利用差压进行热耦合,采用热耦合的分离工艺比常规的分离工艺节能40 %以上.利用ProII5.6进行模拟计算,结果表明,热耦合工艺与常规工艺相比,无论是加热负荷还是冷却负荷都降低40 %左右;偏三甲苯的纯度可保持在99.2 %(质量分数)以上,收率达到92 %,效果显著优于常规工艺.     

A novel multi-effect methanol distillation process

Crude methanol distillation is an energy-intensive separation process and contributes significantly to the cost of methanol production. Although a number of energy-efficient distillation systems have been proposed, there is potential for energy savings in methanol distillation. To further reduce the energy consumption of methanol distillation, a novel five-column multi-effect distillation process is proposed in this work, which is essentially an improved version of an existing four-column scheme. The four-column scheme is made up of a pre-run column, a higher-pressure column, an atmospheric column and a recovery column. The new five-column scheme adds a medium-pressure column after the original higher-pressure column. In this way, the load of the original higher-pressure and atmospheric columns can be decreased by about 30%. The five-column arrangement creates a multi-effect distillation configuration involving efficient heat integration between higher-pressure and medium-pressure columns, atmospheric and recovery columns, and recovery and pre-run columns. Steady-state process simulation results indicate that temperature differences at two sides of each heat exchanger are appropriate, allowing effective heat transfer. Economic analysis shows that the energy consumption of the five-column scheme can be reduced by 33.6% compared to the four-column scheme. Significant savings in operating costs can therefore be achieved, resulting in an economically viable process for methanol distillation.     

热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺

粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。虽然五塔多效精馏可以降低精馏过程能耗,但仍存在相当的低品位余热未利用,为进一步降低五塔多效精馏工艺的能耗,本研究引入机械蒸汽再压缩式（MVR）热泵,在常压塔提馏段增设辅助再沸器,形成热泵耦合多效甲醇精馏新工艺。基于新工艺的全流程模拟数据,文章利用夹点技术对热泵设置的合理性进行分析,采用能耗、效能系数（COP）和年总成本（TAC）等指标对新工艺过程进行评价。结果表明：热泵耦合多效甲醇精馏新工艺中热泵设置合理,冷负荷为24.7MW,再沸器总热负荷为22.25MW,COP为22.5,相比五塔多效精馏工艺,冷负荷、热负荷以及TAC分别降低33.76%、32.64%和26.97%。热泵耦合多效甲醇精馏新工艺节能效果显著。     

苯乙烯装置塔系热集成

精馏作为过程工业中最重要和最常用的分离手段, 是耗能最大的单元操作。精馏塔一般从再沸器输入热量, 从冷凝器取走热量, 利用某些塔高温位的冷凝热加热其他塔的再沸器, 并将单塔节能技术与过程集成相结合, 实现塔系的热集成, 可充分挖掘系统内部的节能潜力, 达到减少公用工程消耗的目的。本文通过对某化工厂的苯乙烯装置精馏塔系的分析, 通过各个塔的温焓图之间的关系, 提出了精馏塔系内部热集成的措施, 包括直接热集成、调压热集成和双效精馏与间接热集成耦合等3种方案。对于后两个热集成方案, 采用Aspen Plus模拟改造后精馏塔的变化并验证了方案的可行性。结果表明, 苯乙烯装置采用该热集成措施能明显节省高品位蒸汽的消耗, 降低能量费用。     

乙醇胺精馏过程五塔流程模拟分析

用ASPEN11.1化工流程模拟软件,对乙醇胺分离工艺中的蒸氨塔、脱水塔、一乙醇胺塔、二乙醇胺塔、三乙醇胺塔进行了模拟计算,采用非随机双液体(NRTL)热力学计算模型,并进行了热力学参数修正,通过调整各塔的理论板数、进料位置和回流比,以及后二塔的塔顶回路质量流量等操作参数,得出各塔的最佳工艺条件。在最佳工艺条件下,分析了此分离过程的能耗问题。模拟结果表明:五塔流程分离得到的乙醇胺均能达到产品质量要求,工艺流程合理、可靠,对工程设计和工艺操作具有较强的指导作用。     

渗透汽化-隔壁塔精馏耦合初步分离费托合成水的过程研究

费托合成水中含有醇、酮、酸等多种高附加值含氧有机物可提取出来作为高附加值产品,但由于费托合成水处量大,共沸体系复杂,通常需要首先对其进行初步分离。设计了直接两塔精馏、渗透汽化-两塔精馏、直接隔壁塔精馏、渗透汽化-隔壁塔精馏四种可供选择的初步分离工艺。根据渗透汽化实验数据在Aspen Plus中构建渗透汽化过程模型并进行模拟,结合灵敏度分析得到精馏过程的最佳工艺参数和模拟结果,并对四种工艺的能耗和有效能损失进行对比。结果表明,渗透汽化-隔壁塔精馏工艺具有明显的节能优势,其能耗较直接两塔精馏可降低15.85%,有效能损失降低45.74%。经渗透汽化膜预浓缩后,溶液的浓度可进入隔壁塔的适宜分离浓度区间,以充分发挥隔壁塔优势。由于渗透汽化所需能量可由余热等低品位热源提供,在余热充足的煤化工领域中可显著降低有效能损失。对于该过程而言,当渗透汽化膜价格低于438元/m²时,渗透汽化-隔壁塔精馏耦合工艺将会表现出较高的经济性。     

乙醇脱水塔内两相和三相共沸精馏

研究了乙醇脱水塔内的两相共沸精馏和汽液液三相共沸精馏过程。利用Aspen plus模拟软件对乙醇脱水塔内4种工况的精馏曲线、共沸剂浓度分布、回流量和再沸器能耗进行了分析比较。结果表明,苯做共沸剂时,脱水塔内两相共沸精馏和汽液液三相共沸精馏的精馏曲线、共沸剂浓度分布、回流量和再沸器能耗相近,脱水塔精馏曲线都跨越了精馏边界,并且共沸剂在塔内大多数板上都有较高浓度分布。而环己烷做共沸剂时,两相共沸精馏工况和汽液液三相共沸精馏工况条件下的脱水塔内精馏曲线、共沸剂浓度分布、回流量和再沸器能耗有较大差别。汽液液三相共沸精馏工况条件下,环己烷在塔内大多数板上有较高浓度分布,起到较好的脱水作用,而两相共沸精馏工况条件下脱水塔内共沸剂仅分布在塔顶几块塔板上,塔内多数板上没有起到共沸剂作用。     

三元混合物分壁塔精馏分离的研究

提出了甲醇-乙醇-正丙醇三元混合物分壁塔精馏分离的新工艺。通过模拟和灵敏度分析,考察了分壁塔的进料位置、隔板位置、液体分配比、回流比等工艺参数对分离效果的影响,确定了分壁塔的最佳操作条件,并对分壁塔的能耗进行了分析。结果表明,单个分壁塔能达到常规三元混合物分离的要求,并且比常规精馏流程的分离过程节能约30%。     

内部热耦合空分塔的节能优化分析

内部热耦合精馏是迄今为止所提出的节能效果最好,而唯一没有商业化的节能技术。将内部热耦合技术用于空分塔,可以带来良好的节能效果。根据低温空气分离过程以及三组分精馏的特点,提出了一种新的内部热耦合空分精馏塔优化模型。在优化模型基础上,对热耦合塔进行了深入的节能优化与分析,并且与常规空分仿真结果进行了比较分析,压缩机能耗下降20.75%,产值增加17.46%,单位产值能耗下降32.53%。内部热耦合空分塔的提取率以及能耗均优于常规热耦合空分塔,节能效果显著。     

Novel design of lubricant-type vacuum distillation process for lube base oils production from hydrocracking tail oil

Dividing-wall columns (DWCs) are widely used in the separation of ternary mixtures, but rarely seen in the separation of petroleum fractions. This work develops two novel and energy-efficient designs of lubricant-type vacuum distillation process (LVDP) for the separation of hydroisomerization fractions (HIF) of a hydrocracking tail oil (HTO). First, the HTO hydroisomerization reaction is investigated in an experimental fixed-bed reactor to achieve the optimum liquid HIF by analyzing the impact of the operating conditions. A LVDP used for HIF separation is proposed and optimized. Subsequently, two thermal coupling intensified technologies, including side-stream (SC) and dividing-wall column (DWC), are combined with the LVDP to develop side-stream vacuum distillation process (SC-LVDP) and dividing-wall column vacuum distillation process (DWC-LVDP). The performance of LVDP, SC-LVDP, and DWC-LVDP are evaluated in terms of energy consumption, capital cost, total annual cost, product yields, and stripping steam consumption. The results demonstrates that the intensified processes, SC-LVDP and DWC-LVDP significantly decreases the energy consumption and capital cost compared with LVDP. DWC-LVDP further decreases in capital cost due to the removal of the side stripper and narrows the overlap between the third lube oils and fourth lube oils. This study attempts to combine DWC structure into the separation of petroleum fractions, and the proposed approach and the results presented provide an incentive for the industrial implementation of high-quality utilization of HTO through intensified LVDP.     

SIMULATION STUDIES OF THE REMOVAL OF WATER FROM ETHANOL BY A CATALYTIC DISTILLATION PROCESS

A new approach based on catalytic distillation (CD) technology was proposed to remove water from ethanol. Isobutylene was introduced to react with water in the CD column. The commercial software simulation tool Aspen Plus was used to investigate the effects of key design factors such as operating pressure and temperature, reactant ratios, reflux and distillate to feed ratios, number of separation and reaction stages, and feed and reaction zone location. It was found that the CD technology offers potential advantages of reduced energy consumption and reduced capital cost over traditional approaches for the removal of water from ethanol.