Kaibel分壁精馏塔分离芳烃的稳态和动态模拟

Kaibel分壁精馏塔(Kaibel divided-wall column,KDWC)可在一个塔内实现四组分混合物的高纯度分离。本文以分离苯、甲苯、二甲苯和均三甲苯为研究对象,建立了KDWC严格稳态模型,获得了优化的塔体结构。通过研究KDWC分离17组进料组成的基础上,获得了KDWC的稳态分离的初步规律:实现KDWC的高纯度分离,既需要通过分液比控制预分馏段顶部馏出气相中的二甲苯含量,又需要通过分气比控制预分馏底部馏出液相中甲苯含量;两个侧线的组成中,重组分杂质的含量要远多于轻组分杂质的含量;中间组分甲苯在预分馏段仍有返混。随后,在Aspen Dynamic环境下建立了KDWC的组分控制模型,控制结果表明该模型可以应对±10%的流量和进料组成波动,但二甲苯产品纯度会出现少量偏差。     

Kaibel隔壁塔用于四组分精馏的模拟优化和实验研究

隔壁精馏塔由于其特殊的结构可在单塔内实现多组分高纯度分离的目的。本文针对Kaibel隔壁精馏塔（KDWC）分离四组分混合物的节能工艺进行了模拟优化和实验研究。以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇（MEPB）为例,通过热力学分析建立了稳态模拟的“四塔模型”,并以塔内温度分布为依据对模型准确性进行了实验验证。提出了一种基于再沸器能耗的优化流程,以再沸器最小能耗为目标函数,对KDWC的液相分配比（RL）及整体结构进行了优化。分析了KDWC的节能原理并考察了中间组分含量对KDWC节能效果的影响。对比了KDWC与常规传统三塔序列的能耗并对二者的热力学效率进行了计算。结果表明：温度分布的模拟值与实验值趋于一致,且液相分配比（RL）是塔的重要操作参数;KDWC结构相比于传统三塔序列节能的重要原因是有效降低了中间组分（乙醇和正丙醇）的返混程度,且随着中间组分含量的增加KDWC节能效果越来越明显;当中间组分摩尔分数为80%时,KDWC可节能35.65%,可提高热力学效率26.11%。通过本文研究,为隔壁塔用于四组分精馏提供了基础实验数据并为其节能优化提供了理论指导。     

Kaibel隔板塔用于多晶硅还原工段三氯氢硅分离的模拟研究

将Kaibel隔板塔代替常规三塔顺序分离流程用于多晶硅还原工段中三氯氢硅分离。在简捷计算基础上,利用Multifrac模型进行了严格稳态模拟。主要研究了TCS产品和STC产品采出位置、液体分配比和汽体分配比等参数的影响。结果表明：与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,设备数量大大减少。     

隔壁精馏塔分离乙二醇丁醚混合物的模拟与节能分析

针对乙二醇丁醚混合物的特征和分离要求,提出用隔壁精馏塔(DWC)分离混合物的工艺,并利用Aspen Plus模拟技术开展塔的优化设计与节能分析。首先设计出分离混合物的传统双塔工艺,在此基础上对DWC进行设计与优化。为了考察DWC工艺的可行性和节能效果,研究采用能量衡算和损失分析2种方法对系统的用能特性进行分析。结果表明,相比于传统双塔工艺,DWC的再沸器负荷、冷凝器负荷分别减少了27. 4%、32. 4%,总损失减少了33. 7%,体现了DWC工艺的节能优势。     

用分隔壁精馏塔分离三组分混合物的节能研究

为了比较分隔壁精馏塔与常规精馏流程能耗,确定其应用范围,采用Aspen plus软件中的精馏严格模型,对2种常规精馏流程和3种分隔壁精馏塔进行模拟计算,比较了各种分隔壁精馏塔序的节能效果。结果表明,中间组分的摩尔分数越高,分隔壁精馏塔的节能效果越好,分隔壁精馏塔可用于分离中间组分摩尔分数较高的混合物,且适于分离指数在0.61至2.1之间的物系。分隔壁侧线精馏塔适用于分离指数≥1、轻组分摩尔分数较高的混合物。分隔壁侧线提馏塔适于重组分摩尔分数较高的混合物。     

分隔壁精馏塔分离醇类混合物的模拟

以分隔壁精馏塔分离乙醇、正丁醇及正己醇为例,建立分隔壁精馏塔稳态模型。用Aspen Plus软件进行模拟,模拟数据与实验数据吻合良好。同时考察了分隔壁精馏塔内液体分配比对产品含量的影响及正丁醇液相组成分布情况。比较了采用分隔壁精馏塔和常规二塔流程分离此物系的节能情况。结果表明,由于分隔壁精馏塔能极大地减少返混现象的产生,故达到相同的分离要求,分隔壁精馏塔比常规精馏的流程更节能,采用分隔壁精馏塔分离此物系时,中间组分的摩尔分数越高,节能效果越好,当进料组成为n(C2H5O)∶n(C4H10O)∶n(C6H14O)=1∶3∶1时,可节能25.9%。分隔壁精馏塔技术是一种节能、经济的新工艺。     

隔壁精馏塔节能应用研究

本文以分离三组分进料为例,对比考察各种类型隔壁塔的能耗,建立评估经济性模型,探索隔壁塔合适的应用工况。     

隔壁萃取精馏塔分离戊烷混合物的模拟研究

基于环戊烷制取项目,提出了隔壁萃取精馏的新工艺。利用Aspen Plus软件的Multifrac模块,以DMF为萃取剂,对隔壁萃取精馏过程进行了研究。通过灵敏度分析对影响分离的操作参数进行了优化,根据优化后的结果可以得到质量分数为99. 61%的环戊烷,质量分数为90. 15%的2,2-二甲基丁烷,主要原因是隔壁萃取精馏塔能够有效地避免组分返混,提高精馏效率。和常规工艺相比,隔壁萃取精馏节能18. 1%,并减少了相关塔件设备的投资。     

节能型分隔壁精馏塔分离烷烃混合物

在小型的分隔壁精馏塔装置上对烷烃混合物的分离进行了研究,考察了回流比、分配比以及实验开始时塔釜釜液中辛烷的质量分数对分离效果的影响。实验表明,最佳条件为回流比为5,分配比为1,实验开始时釜液中辛烷的质量分数为50%时,塔顶的正已烷含量达99.72%,侧线中正庚烷的含量达95.48%,塔釜辛烷的含量可达96.80%。采用Aspen plus对两塔分离流程与分隔壁精馏塔的能耗和设备投资进行了比较,结果显示,分隔壁精馏塔比两塔分离流程可节能22.3%,并可节约设备投资17.8%。     

Kaibel分壁精馏塔分离醇类四元混合物实验研究

以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇为研究对象,根据严格稳态模拟结果建成小试实验装置,并考察了KDWC的开车、连续进料和进料组成变化过程。KDWC开车流程可分为3个阶段:全回流、间歇精馏和进料平衡阶段;连续等摩尔进料时四组产品摩尔分数均可达到设计值90%,相同条件下模拟值和实验结果具有良好的一致性,上侧线中甲醇杂质和下侧线中丁醇杂质含量略有偏差;进料组成发生±20%的变化后,可在分液比恒定的情况下实现产品的平稳控制。     

Control structure selection for four-product Kaibel column

Dividing wall column configurations have a large savings potential in terms of capital and energy. This paper uses dynamic simulation to investigate three alternative control structures for one of these configurations, namely the Kaibel column. Four components, here selected as methanol, ethanol, n-propanol and n-butanol, are separated into pure products within a single column shell. Control structure 1 (CS1) uses only temperature controllers and is therefore particularly interesting from an industrial point of view. Since the control objective is to control the four product compositions, the two other control structures use also composition controllers. Surprisingly, for composition control, the simple temperature control scheme (CS1) is almost as good at steady-state and much better from a dynamic point of view than the two other more complex control structures.     

分壁式精馏塔精制丁二烯流程模拟

丁二烯是一种重要的石油化工烯烃原料,由于其生产过程能耗高,因此节能降耗成为丁二烯生产工艺的研究热点。利用Aspen Plus模拟软件对丁二烯精制工艺的两套流程进行了模拟研究,考察了分壁式精馏塔(DWC)中内部互连物流连接位置、预分离塔气液相流量和回流比对分离效果和热负荷的影响,对比了相同分离条件下DWC分离流程和传统顺序分离流程的能耗,并根据两套分离流程中塔内液相丁二烯浓度分布情况,分析DWC的节能原因。结果表明,当主塔理论板数105,预分离塔理论板数56,进入预分离塔气相流量1020kmol/h,液相流量890kmol/h,回流比7800时,DWC分离效果最好,丁二烯质量分数可达99.7%,这为DWC精制丁二烯工艺的工业化提供了理论依据。由于DWC有效减少了精馏过程中的返混效应,提高了能量利用率,使其冷凝器可节能29.36%,再沸器可节能29.19%,存在明显的节能优势。     

Investigation of the operability for four-product dividing wall column with two partition walls

For separating some specific four component mixtures into four products, the four-product dividing wall column (FPDWC) with two partition walls can provide the same utility consumption with the extended Petlyuk configuration, although with structure simplicity. However, the reluctance to implement this kind of four product dividing wall column industrially also consists in the two uncontrollable vapor splits associated with it. The vapor split ratios are set at the design stage and might not be the optimal value for changed feed composition, thus minimum energy consumption could not be ensured. In the present work, a sequential iterative optimization approach was initially employed to determine the parameters of cost-effective FPDWC. Then the effect of maintaining the vapor split ratios at their nominal value on the energy penalty was investigated for the FPDWC with two partition walls, in case of feed composition disturbance. The result shows that no more than + 2% above the optimal energy requirements could be ensured for 20% feed composition disturbances, which is encouraging for industrial implementation.     

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。     

隔壁塔用于多氯甲烷分离单元的模拟研究

以某26万t/a甲烷氯化物装置为研究对象,选取其中多氯甲烷分离单元,采用隔壁塔热耦合技术将混合物分离为3种高纯度产品。利用Aspen Plus软件中Petlyuk模型对分离过程进行模拟,利用灵敏度分析模块进行参数优化,并与实际工况进行对比。结果表明:当进料位置为第24块塔板,侧线出料位置为第38块塔板,回流比为7.0时,二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的分离纯度分别为99.99%,99.90%,99.70%,达到分离要求。当二氯甲烷和三氯甲烷进料组成比例保持1∶1.5,四氯化碳的进料质量分数在6%—8%变化时,适宜的气、液相回流流量范围分别为148—150,103—105 kmol/h。与常规双塔精馏过程相比,隔壁塔冷凝器、再沸器负荷分别减少17.98%,23.01%,节能效果显著。     

乙酰丙酸乙酯的反应精馏模型及隔壁塔节能优化设计

乙酰丙酸乙酯是一种潜在的生物质基平台化合物,在工业上具有很高的应用价值。乙酰丙酸乙酯传统的生产方法主要为间歇反应法,效率较低,产物分离困难且工艺流程较长。因此,本文提出了反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯,在以中试实验结果为依据的基础上,使用Aspen Plus模拟软件建立了工艺流程,并考察了回流比、进料位置、进料摩尔比以及理论塔板数等关键参数,得到了常规单塔反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯的最优配置。而后,为了得到纯度大于99.9%的乙酰丙酸乙酯,本文进一步提出了反应精馏双塔精制流程以及反应精馏隔壁塔流程,并通过对两种流程所得到的产品纯度以及能耗的对比,验证了反应精馏隔壁塔工艺生产乙酰丙酸乙酯的有效性以及在节能方面较大的优势。     

立板式隔板塔分离直馏汽油工艺

对利用一种新型立板式隔板精馏塔切割直馏汽油工艺进行了研究。首先,利用模拟软件HYSYS对该分离过程进行模拟,得到较优的工艺条件。在此基础上,利用立板式隔板塔实验装置,考察了塔顶总回流量、液体分配比等操作参数对产品的影响及装置的操作稳定性。结果表明,塔顶总回流量的增大有助于产品的分离,且液体分配比的选择范围更广。液体分配比的改变对中间侧线产品质量的影响较大,是操作的关键变量。     

反应精馏隔壁塔制甲缩醛过程模拟与分析

甲缩醛（methylal）是一种重要的化工基本原料，广泛应用于化工中间体、溶剂、涂料及燃料添加剂等的生产中。目前，反应精馏技术是用于以甲醇和甲醛为原料制取甲缩醛的主要方法。利用Aspen Plus过程模拟软件模拟了常规的双进料甲缩醛反应精馏工艺流程，同时提出并模拟了反应精馏隔壁塔（RDWC）工艺制备甲缩醛的流程，通过对比来探究RDWC流程的优越性。结果表明，采用RDWC制备甲缩醛可避免中间组分在塔内的返混效应，同时可使年度总费用降低8.09%，显著提高过程的经济性。