变压-塔顶蒸汽再压缩精馏分离甲苯-正丁醇体系优化工艺

针对变压精馏分离甲苯-正丁醇的高能耗问题,采用塔顶蒸汽再压缩热泵技术对变压精馏进行改造。利用Aspen Plus流程模拟软件,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,利用序贯迭代法确定变压精馏、变压-塔顶蒸汽压缩式热泵精馏的最优工艺参数。从节能和经济的角度对工艺进行评价,结果表明:变压-塔顶蒸汽压缩式热泵精馏更具有优势。     

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%。     

乙二醇萃取精馏分离乙醇-四氢呋喃的最优工艺

对乙二醇萃取精馏分离乙醇-四氢呋喃共沸体系的工艺基于年度总费用最小进行了优化设计。采用设计规定与序贯迭代优化程序考察了双塔萃取精馏工艺与三塔萃取精馏工艺的经济性。结果表明,最优方案与原料组成有关,当四氢呋喃摩尔分数小于37%时,采用三塔萃取精馏工艺最优;当四氢呋喃摩尔分数大于37%时,采用双塔萃取精馏工艺最优。     

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...     

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。     

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%。     

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%。     

四氢呋喃-乙醇变压精馏分离

共沸混合物分离是化工过程中常见的分离难题。变压精馏是根据物系压力改变而使液体混合物共沸点组成发生变化,进而使共沸物系得以分离的一种有效分离方法。在热力学分析基础上,提出了四氢呋喃-乙醇液体混合物变压精馏分离双塔工艺流程。以NRTL-RK为物性计算方法,利用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离工艺过程进行分析及模拟,并对工艺参数进行优化。研究结果表明:在常压塔和0.8 MPa高压塔组成的双塔流程中变压精馏可将四氢呋喃-乙醇最低共沸混合物进行较好的分离。     

变压精馏分离1,2-二氯乙烷和正庚烷共沸物

采用UNIQUAC活度系数模型关联文献报道的1,2-二氯乙烷(DCE)和正庚烷(HEP)体系气液相平衡数据,得到了二元交互作用参数.通过热力学分析,确定了DCE-HEP体系常压-负压变压精馏工艺.以年度总费用(TAC)为评价指标,基于AspenPlus的灵敏度分析结果,优化了2塔操作压力、理论板数、进料位置和回流比.结...     

变压精馏分离乙醇-氯仿共沸物的动态特性

基于乙醇-氯仿二元共沸体系的压力敏感特性,利用Aspen Plus软件,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,模拟和优化了变压精馏稳态工艺,所得乙醇和氯仿产品纯度均大于99.9%(质量分数).利用稳态模拟考察了不同热集成变压精馏工艺的经济性.利用Aspen Dynamics软件考察了不同热集成变压精馏工艺的动态特性,建立了不同热集成变压精馏工艺的稳健控制方案.结果表明:完全热集成工艺与无热集成和部分热集成工艺相比,经济性最优;组成-温度串级控制结构可较好地控制无热集成和部分热集成流程,压力-补偿温度控制结构在完全热集成工艺中可实现稳健的控制;虽然完全热集成工艺经济性最优,但部分热集成工艺的可控性优于完全热集成工艺.本文研究对工业分离含低碳醇的二元共沸物热集成变压精馏工艺有一定的参考价值.     

Exploration of a heat-integrated pressure-swing distillation process with a varied-diameter column for binary azeotrope separation

The pressure-swing distillation (PSD) processes with varied-diameter columns (VDCs) for separating methanol–chloroform and n-heptane–isobutanol are studied. Furthermore, two heat-integrated PSD processes, partial integration and full heat integration, are discussed with ordinary and VDCs. The results show that whether it is heat integrated or non-heat integrated, the processes using VDC have an advantage in the economy. Based on the minimum total annual cost (TAC), the dynamic controllability without and with full heat integration for an azeotrope system methanol/chloroform is explored. The dynamic controllability without and with partial heat integration for the azeotrope system n-heptane/isobutanol is discussed. The results indicated that compared with the dynamic responses without heat integration process, the heat-integrated PSD with a VDC did not increase the control difficulty while maintaining its economy. More azeotropic systems should be studied to investigate their economics and control effects, which will benefit PSD design and industrial application.     

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%     

基于分割式热泵的2-甲氧基乙醇-水精馏工艺模拟

基于2-甲氧基乙醇-水体系的共沸特性,应用分割式热泵精馏用于该体系的分离。采用UNIQUAC方程计算该体系的相平衡数据,并利用实验数据对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精馏模型和Compr等熵压缩模型,以年总费用最小为目标函数,对提出的分割式热泵精馏工艺进行了模拟与优化,得到了合适的工艺参数,如分割点摩尔分数为x(H2O)=0.17、压缩机进气量为6.16 t/h等关键工艺变量。模拟结果表明,与常规热泵精馏工艺相比,分割式热泵精馏工艺的年总费用可节约34.4%,操作费用可节约36.3%。     

Rigorous design and control of thermally integrated pressure-swing reactive distillation process for isobutyl acetate production considering the effect of column pressures

By studying the effect of pressure on relative volatility, azeotrope composition, and net reaction rate, a rigorous pressure-swing thermally integrated reactive distillation (PST-RD) process for isobutyl acetate synthesis is proposed. The steady-state and dynamic characteristics of the PST-RD process are evaluated based on Aspen and Aspen Dynamic. Steady-state optimization results show that the energy consumption and the total annual cost (TAC) reduced by 42.32% and 34.20% compared with the conventional two-column process, respectively. Subsequently, two control structures of the PST-RD process under a rigorous model are developed and evaluated by large disturbances in throughput and feed composition. Dynamic simulation results show that peak dynamic transients can be effectively reduced by adding a Q/F feedforward control structure. Furthermore, the effective heat integration of high-pressure (HP) and low-pressure (LP) columns can be realized by implementing composition/pressure cascade control when the capacity of the LP column increases.     

甲醇-苯共沸体系变压精馏分离工艺的动态控制

基于甲醇和苯共沸体系的压敏性,利用Aspen Plus和Aspen Dynamics软件对变压精馏分离该体系的稳态工艺进行了模拟和优化,研究了该工艺的动态特性,提出了控制产品纯度的3种控制结构：基础控制结构、比例控制结构和双比例与温度?组分联合控制结构,通过对控制结构添加±20%的组分和流量干扰测试控制结构的稳定性. 结果表明,基础控制结构基本能实现稳健控制,但不能解决组分干扰引起的产品纯度偏差过大等问题;比例控制结构可实现相对稳健的控制,但改进效果不显著;双比例与温度?组分联合控制结构在受到20%进料和组分干扰后,产品纯度能较快恢复至设定值的99.90%,实现稳健控制.     

Design and control of pressure-swing distillation for separating ternary systems with three binary minimum azeotropes

The separation of ternary nonideal systems with multi-azeotrope is very important because they are often found in the waste of chemical and pharmaceutical industries, which is much more difficult due to the formation of multi-azeotrope and distillation boundary. We propose a systematic procedure for design and control of a triple-column pressure-swing distillation for separating ternary systems with three binary minimum azeotropes. This procedure involves thermodynamic insights, a two-step optimization method, and effective control strategy. The separation of tetrahydrofuran (THF)/ethanol/water is used to illustrate the capability of the proposed procedure. It is found that the pressure limits in columns can be determined through the analysis of residue curve maps, distillation boundary, and isovolatility curves. The optimal triple-column pressure-swing distillation is generated with the minimum total annual cost (TAC) of $2.181 × 10⁶ in sequence A. The operating conditions are well controlled approaching their desired specifications in an acceptable time when disturbances occur. © 2019 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1281–1293, 2019     

变压精馏分离乙酸甲酯-甲醇-乙酸乙酯体系的设计与控制

聚丙烯醇的生产过程会产生乙酸甲酯-甲醇-乙酸乙酯共沸混合物,如果不及时处理,必然会造成环境污染和资源浪费。本文采用变压精馏的方式,针对乙酸甲酯-甲醇-乙酸乙酯体系设计了两种产品顺序不同的变压精馏分离序列,并采用遗传算法以年度总费用最小为目标,对两种分离序列进行优化设计以获得最优的设计参数。优化结果表明,两种变压精馏分离方案的设备投资费用分别为5.6×10⁵ USD/a和5.7×10⁵ USD/a,能耗费用分别为8.8×10⁵USD/a和1.0×10⁶USD/a。此外,对具有经济优势的变压精馏分离方案进行了控制结构的构建,使该过程在面对进料流量扰动和进料组分扰动时仍能维持稳定,稳定之后的三种产品纯度仍能维持在设定值附近。