内部热耦合塔的热力学分析和节能研究

提出了一种运用熵法对内部热耦合塔可逆性进行分析的方法。以乙醇-水体系为例证明了热耦合塔相比于传统塔较优的节能优势,并确定了该塔的最佳操作范围。本文根据热力学第二定律,对热耦合塔的热力学效率以及熵增的公式进行推导,从理论上证明了热耦合塔在节能方面优于传统塔,又结合实验数据分别对其进行了详细计算。结果表明：为实现两塔段间较优的传热推动力,将该塔的可操作压缩比初步缩小到1.8~2.6;压缩比为2.2时塔顶塔釜能耗最低;压缩比为2.5时,全塔热力学效率最高;操作压缩比操作范围在2.2~2.5时,全塔的熵增优于全部操作范围内的平均值,认为在该范围内热耦合塔的可逆性更高,节能效果更优。综合考虑能耗、热力学效率及熵增等各项参数,压缩比2.2~2.5为该塔的最佳操作范围。     

分隔壁塔精馏分离混合醇的结构设计和优化

为完善合成气制低碳醇工艺,以中试级别产量为基础,采用先脱水后精馏分离醇的工艺路线,应用Aspen Plus模拟软件,对混合醇物系的精馏分离的稳态过程进行了模拟研究。采用分隔壁塔技术和双效精馏分离组分物系,对整个过程进行优化:发现分隔壁塔中有4个参数存在最佳范围,对剩余3个参数以年费用最小为目标函数进行优化;通过模拟计算,对比了双效精馏的各种压力组合方式,并找到最优组合为逆流型低压-常压组合;将整个工艺和传统多塔分离序列进行了对比,该工艺能耗为多塔序列能耗的51.4%。     

隔壁塔技术进展

在简要介绍隔壁塔结构特点、节能原理、形式以及适用范围的基础上,着重阐述了隔壁塔的工业应用状况,并分析了国内外反应精馏隔壁塔、萃取精馏隔壁塔及共沸精馏隔壁塔研究的若干最新进展.     

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。     

基于Aspen Plus和NSGA-Ⅱ的隔壁塔多目标优化研究

以年总操作费用(TAC)和再沸器负荷为目标,提出了基于遗传算法NSGA-Ⅱ的优化方法,并将该方法应用于BTX分离隔壁塔的优化设计。首先应用Aspen Plus软件建立了BTX分离工艺的隔壁塔Radfrac两塔模型,并在Matlab平台上,通过MAP接口工具箱实现Matlab对Aspen Plus的操作与控制,同时Matlab调用NSGA-Ⅱ进行优化,完成种群大小为600、遗传代数为28的模拟过程,得到了10组Pareto解。研究表明,对于Pareto解分布,气相分配量βg、液相分配量βL、侧线抽出位置NS和液相分配位置NL基本不变,进料位置NF、预分馏塔板Nj和主塔板数Ni存在一定的线性关系。     

内部热耦合空分塔混合建模

空分是国民经济发展不可或缺的行业,其能耗是该行业发展的瓶颈。内部热耦合空分塔（ITCASC）改变了传统空分塔结构,可达到良好的节能效果,是空分节能控制研究的前沿。本文提出了一种ITCASC混合建模方法,用液相组成、压强和相平衡温度的PCA-CGA-RBF统计模型,代替传统机理建模中泡点法计算温度的过程,可以显著提高模型求解效率。研究结果表明,混合模型求解时间从机理模型的31.06 s减少为11.18 s,减少了64.01%,而模型精度基本不变,有助于进一步的优化控制研究。     

隔壁塔流程模拟及节能效益的研究

隔壁塔技术是一种效果优良的过程强化与精馏节能技术。具有特殊结构的隔壁塔相比常规精馏塔具有较高的热力学效率。对于相同的分离任务,隔壁塔所需的能耗较低,同时隔壁塔技术的应用也降低了设备数量和投资。文中通过对隔壁塔内部结构的讨论和热力学有效能转化的分析,阐释了隔壁塔的节能原理;并以粗苯精制流程中甲苯-二甲苯-重苯的分离为例,在三组元精馏流程的分析之上设计了2套精馏流程方案,对其进行了严格计算和优化,相比于传统的顺序分离双塔流程,隔壁塔可节省能耗41.5%,同时减少了设备的数目和投资。     

隔壁塔分离低碳混合醇动态控制研究

CO加氢制低碳混合醇是非石油基含碳资源再利用的重要途径之一,降低后续的分离能耗成为其工业化亟待解决的问题。文中在Aspen Dynamics平台上模拟了隔壁塔分离甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇的动态控制特性。在充分考虑液相分配量控制初馏塔塔顶压力的情况下,分析比较了LQ_R/DSB、DB/LSQ_R、DQ_R/LSB、LB/DSQ_R 4种动态控制策略。结果显示DB/LSQ_R在面对流量干扰时具有最好的控制性能。在此基础上进一步考察温度-组成的串级控制策略,结果表明,与纯组分控制相比,调节时间t和最大质量偏差A均明显减小,控制效果更佳。     

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。     

反应精馏隔壁塔的模拟研究

以乙酸甲酯酯转换体系为例提出了一种反应精馏隔壁塔的设计和优化方法,应用该方法可将常规双塔反应精馏序列转化为反应精馏隔壁塔并保证各操作参数的最优值.首先通过在反应精馏塔与甲醇塔之间交换汽液相物流来实现反应精馏隔壁塔的简捷设计;然后利用Aspen Plus模拟软件,对常规反应精馏序列和反应精馏隔壁塔进行了模拟分析;最终以2...     

连续隔壁塔分离乙二胺衍生物的模拟优化

二氯乙烷法制乙二胺会产生多种具有较高经济价值的副产品,为分离得到此类高纯度的副产品,提出采用2个连续隔壁塔分离的新工艺。首先,使用Aspen Plus设计并模拟连续隔壁塔分离乙二胺衍生物流程,验证该工艺的可行性。然后,以年度总费用(TAC)为优化目标,对各塔理论塔板数、隔板位置、进料位置、侧线采出位置等设计参数进行优化。最后,将优化后的连续隔壁塔流程与已优化的常规直接分离序列进行比较,结果表明:隔壁塔流程可降低再沸器负荷23.15%,降低操作费用18.59%,年度总费用降低12.11%。因此,使用隔壁塔技术分离乙二胺衍生物可以有效地节约能耗、降低成本。     

新型环己酮精制流程的设计与研究

为减少环己酮装置精制单元设备投资、能量消耗,有效提升装置运行效益,提出了采用隔壁塔在环己酮装置精制单元中的应用方式,并研究了隔壁塔工艺中隔壁板分布位置、气液分配等操作参数的影响,对隔壁塔设计参数进行进一步优化。在此基础上将2种方案进行对比,结果表明,隔壁塔精馏流程相比传统精制工艺能耗节约15.9%,具有一定的节能潜力。     

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。     

重芳烃综合利用常规工艺与隔壁塔工艺对比分析

提出了一种新型隔壁塔两塔精馏工艺流程在重芳烃综合利用中的应用,并以某炼厂重芳烃为原料,研究了隔壁塔工艺中侧线采出位置、进料位置、气液分配量等操作参数的影响并对其进行了优化,最后在相同的产品指标下,对3种工艺进行了对比。结果表明,当产品指标要求较高且原料中甲乙苯占比较大时,传统三塔工艺不论在能耗还是设备投资方面都优于侧线采出四塔工艺;但隔壁塔工艺相比传统三塔工艺,再沸器负荷可减少2 684 kW,节能占比约13%,总理论板数可减少40块。新型隔壁塔两塔流程既提高了热力学效率、降低能耗,又大幅降低设备投资,经济性优势明显。     

盐析萃取结合隔壁塔分离多元醇-水混合体系

实验考察了当采用盐析萃取分离乙醇-正丙醇-异丁醇-水的混合体系时,改性萃取剂种类、质量比对各元醇、水的分配系数、各元醇的萃取率以及萃取相质量分数的影响。实验结果表明:改性萃取剂的萃取效果优于未改性萃取剂,改性萃取剂中盐的最佳比例只与含水量(质量分数)有关,盐析萃取效果最好的改性萃取剂为环己烷-醋酸钾,环己烷与原料的适宜质量比为0.75—1.5,醋酸钾与原料的最佳质量比为0.1。在实验基础上,采用Aspen Plus软件对盐析萃取结合隔壁塔工艺进行模拟,模拟结果表明:采用该工艺流程可得到纯度为95.78%的乙醇产品,99.00%的正丙醇产品和97.00%的异丁醇产品。     

费托合成柴油分离正十二烷隔壁塔设计与优化

在流程模拟软件PRO Ⅱ中建立费托合成柴油分离C_(12)H_(26)双塔模拟流程和DWC模拟流程。在满足纯度要求的前提下,对双塔流程进行了优化。然后在保证相同纯度前提下利用DWC模型分析了气液相分配比、主塔理论板数、预分离段板数、隔板位置对DWC能耗的影响,最后以能耗和塔板数为目标对DWC和传统流程进行了对比。结果表明,DWC结构相比双塔流程具有明显的节能优势,加热负荷减少14. 39%,冷却负荷减少20. 45%。同时还研究了进料组成变化对DWC性能的影响。     

响应面法耦合NSGA-Ⅱ算法的隔壁塔结构优化

隔壁塔的优化设计涉及多个变量且变量之间存在复杂的相互作用关系,这不仅提高了隔壁塔的设计难度,而且制约了其在工业应用方面的潜力。为了解决这一问题,本文提出了一种利用响应面法（RSM）耦合非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）对隔壁塔进行多目标优化设计的方法。首先,确定设计变量并利用单因素分析确定各变量水平,采用BBD（Box-Behnken）方法进行实验设计,并通过数值模拟计算年度总费用（TAC）和再沸器热负荷（Q）的目标函数;然后利用方差分析（ANOVA）评估各回归模型的统计重要性,并用二次多项式形式表示;最后通过NSGA-Ⅱ算法对响应面模型进行优化,计算Pareto前沿获得一系列优化方案。研究表明,相比于传统流程,采用该方法对隔壁塔进行分析和优化,能在降低TAC的同时有效降低Q,为隔壁塔的优化设计提供一种新思路。     

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。     

乳酸甲酯双隔板反应隔壁塔的设计与控制

常规蒸馏塔分离具有最不利相对挥发度排序的四元可逆反应物系,反应物会在塔顶和塔底聚集,对反应塔侧线采出浓度要求较高.为解决这一问题,将反应塔和分离塔耦合到一个塔中,形成新的双隔板反应隔壁塔结构.基于乳酸和甲醇的酯化反应,采用反应物过量技术,在Aspen Plus中分别设计并优化2种反应物过量下的双隔板反应隔壁塔结构.与常...