热集成变压精馏分离乙醇-乙腈混合物

以乙醇-乙腈混合物为对象,研究了该体系在实验压力范围内的共沸组成,分析了采用变压精馏工艺分离精制乙醇和乙腈的可行性。通过比较实验压力范围内（101~500 kPa）体系的共沸组成与Aspen Plus模拟软件中计算的体系共沸组成,选择了适合的物性方法。在实验装置上进行了变压精馏法分离精制乙醇、乙腈混合物的实验,重点考察了不同回流比对分离效果的影响,得到了质量分数大于99.5%的乙醇和乙腈产品。 应用Aspen Plus模拟软件对乙醇-乙腈体系的热集成变压精馏过程进行了模拟计算,对比了热集成变压精馏与传统变压精馏的能耗,发现热集成变压精馏节能达35%。     

完全热集成变压精馏分离甲酸和水的模拟

利用Aspen Plus模拟软件对完全热集成变压精馏分离甲酸和水的过程进行了模拟,选用NRTL-HOC物性计算模型,模型的二元交互作用参数通过实验数据进行回归。在完全热集成下,分析了理论板数、回流比及进料位置对产品质量分数和塔釜能耗的影响。确定了较佳工艺条件:减压塔理论板数为34,回流比为7,原料和循环物料进料位置分别为第6和第14块塔板,塔顶甲酸质量分数为0.991;常压塔理论板数为32,回流比为8.6,进料位置为第17块塔板,塔顶水质量分数为0.994。与传统变压精馏比较,完全热集成变压精馏降低加热蒸汽能耗48.6%,冷凝水能耗48.9%,且无需附加再沸器或冷凝器。通过间歇变压精馏实验,验证了工艺的可行性。     

热集成变压精馏分离正戊烷-甲醇的模拟和优化

提出了热集成变压精馏分离正戊烷-甲醇共沸体系的工艺方法,并采用Wilson模型对变压精馏分离正戊烷-甲醇分离过程进行模拟。采用优化分析,得到了模拟的优化参数,并通过模拟计算,制取了纯度不低于99.9%的正戊烷和甲醇产品,收率达到99.9%以上。热集成变压精馏和传统精馏相比,不仅节约了投资成本,而且节能高达35%。     

热集成变压精馏分离甲苯-异丙醇的模拟

甲苯-异丙醇混合物的共沸组成对压力较为敏感,为此提出了热集成变压精馏工艺分离该共沸物.利用ASPEN PLUS化工模拟软件,以修正的WILSON活度系数方程作为物性计算模型,以甲苯和异丙醇的纯度作为约束变量,以分离过程能耗最低为目标函数,对主要工艺参数进行了模拟优化,得到了热集成变压精馏分离甲苯-异丙醇体系的最佳工艺操...     

热集成变压精馏分离吡啶-水的控制研究

对于吡啶-水的分离,与传统的变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更加节能经济,进料流量为3 000 kg/h时,可以节约能耗43.52%,节省年度总费用40.70%。为了将该工艺应用在实际生产中,必须解决其控制的问题。在最优设计基础上,提出2种基于PI控制器的控制结构,并采用动态模拟软件Aspen Dynamics检验了存在进料流量和进料组成干扰情况下控制结构的有效性。模拟结果表明:扰动存在时,由于基本控制结构CS1中二塔均存在压力效应,并且控温板温度稳定在设定值,导致水和吡啶产品质量存在较大稳态余差。进而,在CS1基础上引入温差控制策略和压力补偿温度控制策略,提出一种改进的控制结构CS2。模拟结果显示,针对相同的进料流量和进料组成扰动,控制结构CS2的动态控制性能显著提高,产品质量的稳态余差均较小。     

热集成变压精馏分离水-异丙醇-二异丙胺的工艺模拟

在分析水-异丙醇-二异丙胺体系共沸特性的基础上,提出了热集成变压精馏工艺. 采用UNIQUAC-RK方程计算气液相平衡数据,并利用实验数据在模拟压力范围内(0.004~1.0 MPa)对UNIQUAC方程中的二元交互作用参数进行修正. 利用ASPEN PLUS过程模拟软件中的RADFRAC严格精馏模型,对提出的热集成变压精馏工艺进行过程模拟与参数优化. 得到了热集成变压精馏分离水-异丙醇-二异丙胺体系的最佳工艺参数、塔内气液浓度分布及精馏塔设备参数等,并通过实验对模拟结果进行验证. 结果表明,热集成变压精馏工艺比常规的变压精馏工艺约节能34.3%.     

热集成变压精馏分离乙醇-甲苯体系的过程模拟和优化

由于乙醇-甲苯体系为压力敏感体系,本文提出了热集成变压精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的工艺方法,并通过实验数据验证了NRTL模型对模拟分离该体系的适用性。利用Aspen模拟软件,以NRTL方程为物性计算模拟,以乙醇和甲苯的纯度为约束变量,分离过程能耗最低为目标函数,采用优化分析,得到了模拟的优化参数,并通过模拟计算,制取了纯度不低于99.9%的甲苯和乙醇产品,收率达到99.9%以上。用高压塔的塔顶气相潜热作为常压塔再沸器热源的热集成变压精馏,与两塔均采用外界蒸汽供热的传统变压精馏方式相比,节能高达49%。     

乙腈-水二元共沸体系的变压精馏动态研究

针对乙腈-水变压精馏稳态工艺流程,建立了变压精馏动态模型,探究了其不同的动态方案。研究表明：无论是引入回流量-塔顶采出量比例控制模块的控制结构,还是回流量-进料流量比例控制模块的控制结构,面对扰动时产品纯度均出现发散型震荡现象;温度控制结构比组成-温度控制结构的稳定时间短,但只能使水产品纯度维持在质量分数为99.88%附近;常压塔再沸器热负荷与进料流量比例控制模块能及时调整常压塔蒸汽流率;组成控制器可以在线监测产品纯度,组成-温度控制结构抗扰动能力更强。     

热集成变压精馏分离吡啶-水的工艺模拟与优化

基于吡啶-水体系的共沸组成对压力变化敏感,提出了热集成变压精馏的新工艺。新工艺采用冷凝器-再沸器式热集成,利用高压塔塔顶蒸汽加热低压塔再沸器,以节省能耗和操作费用。选择NRTL活度方程为物性计算模型,使用Aspen Plus软件对该工艺流程进行严格稳态模拟。为了获得经济最优的工艺条件,提出了局部经济优化和全局经济优化相结合的优化方案,并建立了优化迭代流程。优化结果显示:当低压塔和高压塔的操作压力分别为16 kPa和1 200 kPa,总理论板数分别为12和14,新鲜原料和循环物流分别从低压塔第9块板和从第6块板进料,高压塔的物流进料位置为第8块板,高压塔质量回流比为0.59时,年度总费用(TAC)最小。与常规的变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更加节能经济,可以节约能耗43.52%,节省年度总费用40.70%。     

醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化

基于对醋酸甲酯与甲醇二元共沸特性的分析,提出热集成变压精馏分离醋酸甲酯和甲醇的工艺. 利用Aspen Plus软件对该分离过程进行模拟,以NRTL活度系数方程为物性计算方法,其二元相互作用参数由气液相平衡数据回归,分析了加压塔和常压塔的理论板数、进料位置及回流比对分离效果的影响,并进行了能耗比较. 结果表明,该工艺能很好地分离醋酸甲酯和甲醇,较佳的工艺条件为：加压塔操作压力909 kPa,理论板数32,第21块板进料,回流比4.2,塔釜醋酸甲酯纯度99.8%;常压塔操作压力101 kPa,理论板数30,第20块板进料,回流比4.6,塔釜甲醇纯度99.0%. 与常规变压精馏相比,热集成变压精馏可节能达45.8%;与以水为萃取剂的萃取精馏分离工艺相比,热集成变压精馏分离工艺更适合醋酸甲酯与甲醇体系的分离.     

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%.     

热集成变压分离碳酸二甲酯-甲醇过程模拟

针对常规变压分离碳酸二甲酯和甲醇工艺能耗较高的问题,文中提出了分离该体系的热集成变压精馏新工艺。采用Aspen Plus软件及Wilson物性方法,以年度总费用最小为目标对两塔的塔板数、进料位置、回流比等参数进行了优化,结果为总塔板数常压塔24块,加压塔11块;进料位置为常压塔第6块,加压塔第7块;回流比常压塔为1.5,加压塔为1.2。加压塔塔顶和常压塔塔底的温差为74℃,满足完全热集成的条件。完全热集成变压分离该工艺总能耗成本为0.114×10⁶美元/a,年度总费用为0.185 8×10⁶美元/a,相比于常规变压精馏工艺,完全热集成工艺可节省能耗约46%,年度总费用节省约39.2%。模拟结果表明：碳酸二甲酯和甲醇产品纯度(质量分数)可达到99.5%,满足分离要求。完全热集成变压精馏工艺可以经济、有效地分离该共沸物。     

热集成变压精馏分离乙二胺-水共沸体系的模拟优化

针对乙二胺-水共沸物组成对压力较为敏感的特性,采用部分热集成变压精馏工艺分离该共沸物。先利用Aspen Plus软件对该工艺进行稳态模拟,再以理论塔板数、进料位置、回流比为优化变量,水和乙二胺的纯度为约束,以年度总费用（total annual cost,TAC）为目标函数建立乙二胺-水共沸体系分离系统的优化设计模型。采用列队竞争算法对该分离过程主要工艺参数进行优化,得到了变压精馏分离乙二胺-水体系的最佳工艺操作参数及设备参数。模拟结果表明,利用算法对多变量进行同时优化可得到更具经济效益的分离系统,与传统优化结果相比,可降低TAC约7.31%。在此基础上,对高压塔的操作压力进行优化分析,将其由2atm提升至4atm（1atm=101325Pa）,并对流程其他参数进行优化,可显著降低TAC约24.62%。进一步,采用部分热集成比普通变压双塔精馏降低TAC约21.87%     

变压精馏分离乙腈-异丙醇模拟计算及中试应用

利用乙腈-异丙醇物系在不同压力下共沸组成有较大变化的特点,提出变压精馏分离该共沸物系的工艺流程。对该分离过程进行了模拟计算,分析了减压塔和常压塔的理论板数、进料位置和回流比对分离效果的影响,得到了优化后的工艺参数。以模拟计算结果为指导设计并建立了中试装置。结果表明,优化后的工艺参数为:减压塔理论板数20,进料位置为第16块板,回流质量比2.66;常压塔理论板数22,进料位置为第13块板,回流质量比1.79。减压塔底异丙醇产品质量分数可达99.50%,常压塔底乙腈产品质量分数可达99.90%。中试结果表明关键数据与模拟值基本相符。     

热泵变压精馏分离乙二胺水溶液的模拟

基于乙二胺和水物系共沸组成随压力变化显著的特点,采用变压精馏工艺分离乙二胺和水物系;为了降低变压精馏工艺的能耗,提出了热泵变压精馏新工艺。使用Chem CAD软件,对变压精馏工艺和热泵变压精馏工艺进行了模拟。结果表明:采用变压精馏工艺和热泵变压精馏工艺都能实现乙二胺和水共沸物的高纯度分离,每个产品的纯度(质量分数)都可以达到99%;与变压精馏工艺相比,采用热泵变压精馏工艺,加热公用工程可节能62.24%;冷却公用工程可以节能49.51%。     

甲醇-乙腈共沸体系变压精馏工艺的模拟与优化

运用Aspen Plus软件对甲醇-乙腈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,最终实现了甲醇与乙腈的高效分离,甲醇与乙腈产物的质量纯度均达到0.999,最终的工艺参数为高压塔的塔板数为50,回流比1.9,原料进料位置第39块塔板,循环物流进料位置第39块塔板;低压塔的塔板数为85,回流比5.3,进料位置第42块塔板。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。     

热集成变压精馏分离异丙醇-异丙醚混合物的动态控制

在稳态模拟的基础上,对热集成变压精馏流程的动态控制性能进行了研究与分析。根据流程特点建立了合理的控制方案,用Aspen Dynamics软件对控制方案行了模拟。模拟结果表明,通过3个温度控制回路(用高压塔回流股物料中换热器的热负荷控制回流股的温度;用高压塔再沸器热负荷控制低压塔第16块板的温度;采用压力补偿温度控制结构,用高压塔塔顶回流比控制高压塔第24块板温度)可较好地控制热集成变压精馏流程,该控制结构动态可控性强,各指标均能在干扰施加后较短时间内达到稳定,对各项干扰的稳定性能良好。     

变压精馏及萃取精馏分离乙醇-苯共沸物

使用Aspen Plus分别研究变压精馏及萃取精馏分离乙醇-苯二元共沸物的工艺流程。两种分离流程的塔设备费用相近,萃取精馏工艺较传统变压精馏工艺节能显著,再沸器节能约34%;热集成变压精馏工艺较萃取精馏工艺节能约17.2%,且所需蒸汽品位更低。     

不同热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸物的优化与控制

基于变压精馏分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系两塔的温差,利用Aspen Plus软件,以年度总成本最小为目标函数,对部分及完全热集成变压精馏工艺进行了稳态模拟及优化。在此基础上,利用Aspen Dynamics软件开发了多种控制结构,通过引入不同进料流量及组成的扰动测试控制结构的有效性。结果表明,完全热集成变压精馏工艺比部分热集成变压精馏工艺的经济性稍好。动态响应结果表明,部分热集成变压精馏工艺的压力?补偿温度控制结构可有效处理不同程度的干扰,能有效提高控制结构对干扰的响应速度,缩短达到新稳态的时间,保证乙酸乙酯和正己烷产品纯度在99.9wt%之上;而完全热集成变压精馏工艺的组分?温度串级控制结构仅能处理较小的组分和流量干扰,实现稳健控制,无法处理较大的干扰。综合比较两种工艺的经济性和可控性,认为部分热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系优于完全热集成变压精馏工艺。     

变压精馏分离乙酸甲酯和甲醇共沸物

乙酸甲酯和甲醇共沸物对压力变化敏感,因此采用变压精馏工艺对共沸物进行高效分离。低压塔和高压塔压力分别设置为101.325 kPa和810.600 kPa。基于相图分析,确定了精馏序列和工艺流程。以年度总费用(TAC)最小为原则,优化了进料位置、回流比、塔板数等设计变量,确定了最佳工艺参数。工艺优化完成后,通过调节双塔的回流比,对高压塔的冷凝器和低压塔的再沸器进行了完全热集成。由结果可知:在低压塔回流比为0.9,高压塔回流比为2.07时,完全热集成变压精馏工艺的TAC最小。相比无热集成的变压精馏工艺,完全热集成工艺的设备投资和能耗费用均明显降低,最终TAC费用节约31.40%,在经济上更合理,也为类似的共沸物分离工艺提供了一定的技术参考。