基于塔总组合曲线的内部热耦合精馏塔优化设计方法

基于塔总组合曲线（CGCC）,提出了一种简化内部热耦合精馏塔（HIDiC）结构的图形设计方法。在完成精馏段（或提馏段）单塔段中间换热器优化设置的基础上,结合精馏段与提馏段CGCC的集成图,以HIDiC的可减小过程总（火用）损为目标,确定HIDiC热耦合中间换热器的最优设计。以苯乙烯-乙苯HIDiC为例,计算结果表明,设置中间换热器后,HIDiC可减小过程总（火用）损最大值为1.951 MW,HIDiC的冷凝器、再沸器负荷分别下降63.6%和68.4%;热耦合中间换热器分别设置于精馏段第2、12、和38块塔板,提馏段第20、28和36块塔板,热负荷依次为0.841、1.496和2.053 MW。     

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。     

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。     

叔丁醇催化精馏脱水制异丁烯模拟研究

以质量分数85%叔丁醇(TBA)为原料,对TBA催化精馏脱水制异丁烯工艺进行模拟计算。回归了自制的磺酸阳离子树脂催化剂的动力学数据,并使用Fortran编写了动力学子程序接口。应用Aspen Plus模型系统地讨论了反应段塔板数、操作压力、回流比、精馏段和提馏段塔板数、进料位置对TBA脱水效果的影响。在TBA进料量100 kg/h,反应段每块塔板填装45 kg催化剂,塔顶液相采出异丁烯的条件下进行模拟,结果表明:精馏段4块塔板,反应段5块塔板,提馏段4块塔板,操作压力0.35 MPa,回流比1.5,进料位置在第4块塔板时,TBA转化率达99.5%。     

邻甲酚塔的参数优化和控制分析

精馏塔是石油化工和医药领域常见的生产过程设备,本文利用Aspen Pus软件分别采用简捷法和严格法对提酚装置中邻甲酚塔进行了设计计算。针对本项目研究的邻甲酚精馏塔,首先通过简捷法估算出精馏塔的回流比、塔板数以及进料位置。然后采用严格法的灵敏度分析得出回流比为6、塔板数为80块、进料位置为30。增加精馏塔回流比5%,分析回流比变化对塔板温度的影响,发现精馏段灵敏板的位置为26块,提馏段灵敏板的位置为43块。分别采用了精馏段温度控制方案和提馏段温度控制方案研究在进料流量、进料组成以及进料温度波动时,精馏塔的动态响应过程。研究表明:提馏段温度控制方案较精馏段温度控制方案具有明显的动态响应快,抗干扰能力强,建立平衡时间短等优点。     

带有中间热集成的精馏塔序列及其性能

提出一种带有中间热集成的精馏塔序列(IHISDC)的流程,针对三组元混合物分离的简单塔直接序列,对该流程进行了分析。与传统热集成精馏序列(HISDC)相比,提出的IHISDC通过中间换热器将高压塔的精馏段与低压塔的提馏段进行局部热集成,使能量集成精馏塔之间的压力差更小,进而使能耗费用下降。同时发现,IHISDC中的高压塔再沸器热负荷和低压塔冷凝器热负荷增加,由于换热器数量的增加,IHISDC的投资费用较大。为了进一步降低IHISDC的年度总费用,需要对其设计参数进行优化。     

外部热耦合复合精馏塔的经济性与可控性评价

外部热耦合复合精馏塔系统是一种新型的精馏塔系统,通过操作在不同压力下的两个精馏塔的精馏段和提馏段之间的热传递来提高热力学效率。根据精馏段和提馏段热耦合的相对位置不同,外部热耦合复合精馏塔系统可分为对称型和非对称型两种结构。为便于设计和实现,可用外部换热器替代外部热耦合得到简化的结构。本文以乙烯乙烷物系分离过程为对象,通过对外部热耦合复合精馏塔系统建立了静动态模型,采用四点控制的方法,对三种结构的外部热耦合复合精馏塔的经济性和可控性两方面做了分析,证明了非对称型优于对称型外部热耦合复合精馏塔。同时,对使用外部换热器简化外部热耦合结构的方法提供了理论依据和参考。     

反应精馏合成醋酸正丁酯的模拟和优化

利用Aspen Plus模拟了合成醋酸正丁酯的反应精馏过程,并分析各工艺参数对产品纯度和再沸器热负荷影响。通过优化得出最佳工艺参数为:理论塔板数为16;精馏段、反应段和提馏段塔板数分别为5、7和4;醋酸和正丁醇的进料塔板数分别为5和7;酸醇进料比为1:1;回流比为1。在此条件下产品醋酸正丁酯的纯度达99.55%;乙酸的转化率达99.71%,再沸器的能耗较低。     

同轴式内部热耦合精馏塔的传热性能

提出了一种以实验物系的物性数据为基础的计算同轴式内部热耦合精馏塔（HIDiC）总传热系数的方法。本文以乙醇-水为实验物系,以自行搭建的中试规模同轴式HIDiC为研究对象,通过在不同压缩比下（1.4~2.6,步长为0.1）的连续操作实验研究,得到塔内的温度分布,通过计算两塔段的相变给热系数来计算该塔的总传热系数和精馏塔段与提馏塔段间的换热量。在同轴式HIDiC中乙醇-水实验物系总传热系数的计算值在300~800W/(m²·K),并且随着压缩比的增大而逐渐降低。在操作条件和产品纯度与实验值保持一致的情况下,将精馏塔段与提馏塔段间换热量的计算值带入软件中模拟,得到的全塔温度分布与实验中的温度分布在误差范围内吻合良好,证明本文计算同轴式HIDiC总传热系数的方法切实有效。     

CFC-113反应精馏合成CFC-113a的过程模拟与优化

将反应精馏技术应用于CFC-113转产CFC-113a的工艺,利用Aspen Plus软件对反应精馏制备CFC-113a的稳态工艺过程进行了研究。分别从操作压力、精馏段塔板数、反应段塔板数、提馏段塔板数和回流比等方面对该反应精馏系统进行了优化,该优化结果的获取旨在推动新工艺的工业化。     

基于隔板塔内在特性的快速设计策略

使用Aspen Plus软件,对隔板塔体系进行了设计优化,开发并验证了一种隔板塔稳态优化的良好策略。通过灵敏度分析等手段分析了各个变量因素的影响,发现固定分气比分液比,四个塔段塔板数有多种分配方案,调整左右两侧塔段塔板数及进料采出位置比例时,公共精馏段和公共提馏段最优塔板数基本不变且最优分气比分液比在一定范围内波动;固定公共精馏段和公共提馏段塔板数,N×(R+1)随着N先减小后增大,存在着最优的选择方案。     

考虑反应热的乙氧基化反应精馏塔能量内部集成与优化

以正丁醇和环氧乙烷为原料合成乙二醇正丁醚(EGMBE)为例,利用数学模型和模拟分析方法,研究了包含大量反应热效应的乙氧基化反应精馏(ERD)塔中反应热的利用及系统能量优化问题。研究表明,当采用常规的、将反应段直接叠加于提馏段之上的塔设计时,反应热并没有贡献于分离操作或减小再沸器的热负荷,而只是被冷凝器中的冷却介质移走。分析了反应热的可利用途径,提出一种将反应段和提馏段分割、从反应段移出反应热供提馏段加热的内部热集成乙氧基化反应精馏结构--IHIERD。模拟结果表明,IHIERD 将使再沸器的温度从462.5 K降低到420.0 K,冷凝器负荷降低11%,外部能量输入降低14%,节能效果显著。     

内部热耦合精馏塔的操作性能与模拟

对同轴式内部热耦合精馏塔的操作性能和节能效果进行了研究,考察了全回流操作条件下,压缩比对回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷的影响。结果表明,随着压缩比的增大,回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷均降低。通过实验数据计算得到了该塔的理论板数和两塔间的传热量,精馏段为9块理论板,提馏段为4块理论板,当压缩比为2.2:1时,两塔间传热量为9.98kW。连续操作条件下,对内部热耦合精馏塔的节能效果进行了分析,通过与常规精馏塔的比较,内部热耦合精馏塔可节约52.3%的冷量,输入的再沸器和压缩机总负荷可节约20.34%。另外,基于实验数据,对该内部热耦合精馏塔进行了动态模拟,经连续操作下的实验验证,该内部热耦合精馏塔可在2h后达到稳定操作。     

背包式酶催化反应精馏制备丁酸丁酯模拟优化

提出了背包式酶催化反应精馏合成丁酸丁酯的新工艺,将酶催化反应转移到塔外,优化了丁酸丁酯的生产过程。首先,进行丁酸乙酯与正丁醇的酯交换反应动力学实验,建立反应动力学模型,并验证该工艺流程中此模型计算结果的可靠性。然后,运用Aspen Plus对背包式反应精馏新工艺进行了流程模拟和优化设计,分别确定提馏段、精馏段的塔板数,回流比等主要参数。优化后的模拟操作条件为：精馏段塔板数5、提馏段塔板数7、回流比5、侧线循环总量6 kmol/h、侧反应器4个,此时正丁醇的反应转化率能达到99.85%,产品纯度为94.71%,有效减少了设备投资,为背包反应精馏的更优利用提供了理论依据和可行方案。     

带有侧线采出回流的部分透热精馏的节能优化

以正丙醇-异丙醇体系为例,研究了带有侧线采出回流的部分透热精馏操作。在该操作中,精馏段侧线采出气相,经塔外冷凝后回流至塔内采出板上方;提馏段某塔板被同轴的夹套式中间再沸器环绕,侧线采出该板处的气相回流至塔内采出板上方。通过单因素分析和响应面法对精馏段和提馏段操作的相关工艺参数分别进行了模拟优化,并对相应操作的热力学性能和分离性能的变化进行了分析。最终优化结果表明:达到规定的分离效果,带有侧线采出回流的部分透热精馏相较于绝热精馏有效能损失降低了26.5%。带有侧线采出回流的部分透热精馏操作通过合理分配能量、降低对热剂和冷剂的品位要求和提高能量利用率,最终达到节能目的。     

带有侧线采出回流的部分透热精馏的节能优化

以正丙醇-异丙醇体系为例，研究了带有侧线采出回流的部分透热精馏操作。在该操作中，精馏段侧线采出气相，经塔外冷凝后回流至塔内采出板上方；提馏段某塔板被同轴的夹套式中间再沸器环绕，侧线采出该板处的气相回流至塔内采出板上方。通过单因素分析和响应面法对精馏段和提馏段操作的相关工艺参数分别进行了模拟优化，并对相应操作的热力学性能和分离性能的变化进行了分析。最终优化结果表明：达到规定的分离效果，带有侧线采出回流的部分透热精馏相较于绝热精馏有效能损失降低了26.5%。带有侧线采出回流的部分透热精馏操作通过合理分配能量、降低对热剂和冷剂的品位要求和提高能量利用率，最终达到节能目的。     

环戊基甲醚反应精馏模拟与优化

对新型醚化溶剂环戊基甲醚(CPME)的生产方法进行研究。使用Aspen Plus软件模拟CPME反应精馏系统,以CPME纯度作为目标函数,同时考虑转化率、副反应速率以及热负荷等,探索精馏塔参数对CPME纯度的影响。得到最佳参数分别为:理论板数20块,原料进料板位置第16块板,回流比0.7,精馏段和提馏段理论板数均是4块,甲醇(Me OH)和环戊烯(CPE)摩尔比0.8,操作压力0.8 MPa。此时CPME的质量分数为97.35%,CPE转化率为70%,再沸器负荷为196.79 k W。并确定了第5块和第16块理论板为灵敏板。     

两级分离式超重力精馏实验研究

在常压下以乙醇/水体系为研究对象进行了两级分离式超重力精馏中试。分别考察了超重力因子β、回流比R、原料液流量F对整个系统、精馏段和提馏段理论塔板数(NTP)的影响。在中试实验的基础上建立了超重力精馏的传质数学模型,并应用逐步回归法分析得出了对超重力精馏传质显著性影响由高到低依次为:馏出液摩尔分率、超重力因子、回流比、馏出比、进料摩尔分率。     

乳酸过量进料反应精馏合成乳酸甲酯研究

针对乳酸与甲醇酯化反应体系中乳酸和甲醇的沸点分别为最高沸点与最低沸点,属于反应精馏设计中最劣沸点序列,导致乳酸甲酯反应精馏过程反应段效率低下的问题,设计了乳酸过量进料的反应精馏合成乳酸甲酯工艺。以年度总费用(TAC)为目标,采用序贯优化法对过程工艺参数进行优化设计,结果表明当乳酸过量比为1.3、反应精馏塔反应塔板数为7块、提馏段塔板数为16块(包括塔底再沸器)时,过程年度总费用达到最小为3.05×10~6 CNY×a~(-1)。相比于等比进料合成乳酸甲酯反应精馏工艺,乳酸过量进料反应精馏工艺能耗降低70.4%,TAC减小51.2%,更具经济效益。     

聚酯增容改造中工艺塔的模拟计算

建立工艺塔的数学模型 ,并且应用改进的三对角矩阵法对其进行了模拟计算。计算结果表明 ,对于水和乙二醇这种相对挥发度较大、易分离物系 ,精馏塔无需提馏段 ,而且精馏段理论塔板数仅为 4块 ,就能满足水和乙二醇的分离要求