反应精馏制备碳酸二乙酯的过程模拟与优化

碳酸二乙酯(Diethyl carbonate,DEC)是一种绿色环保的化工产品,用途广泛,具有良好的工业应用价值。为避免传统工艺副产物多、产物难分离等问题,采用碳酸丙烯酯一步法合成碳酸二乙酯,并将反应精馏技术应用于碳酸丙烯酯与乙醇酯交换反应生产碳酸二乙酯工艺中。以乙醇钠为催化剂条件下碳酸丙烯酯酯交换反应动力学为基础,应用Aspen Plus软件对反应精馏过程进行模拟,分别探讨了反应精馏塔精馏段、反应段和提馏段理论板数、醇酯进料比、操作回流比和塔顶采出进料摩尔比对碳酸丙烯酯转化率的影响,从而确定适宜的工艺条件:反应精馏塔的精馏段、反应段、提馏段理论板数分别为2、8、8:醇酯比为8;操作回流比R为6.7;塔顶采出进料摩尔比为0.71。在此工艺条件下碳酸丙烯酯的转化率为79.54%。模拟结果对反应精馏合成碳酸二乙酯的工艺设计和过程优化具有重要指导意义。     

乙酸乙酯-乙腈萃取精馏的模拟优化

应用化工模拟软件Aspen Plus对乙酸乙酪-乙腈最低共沸物系的连续萃取精馏过程进行了模拟与优化。通过绘制拟二元汽液平衡相图,筛选出合适的萃取剂为二甲基亚砜(DMsO)。确定了双塔连续萃取精馏的工艺流程,并利用灵敏度分析考察了萃取精馏塔的全塔理论板数、原料进料位置、萃取剂进料位置、回流比、溶剂比(萃取剂对原料的体积比)等因素对分离效果的影响。确定的最佳工艺方案为:全塔理论板数为33,原料和萃取剂分别在第26块和第5块理论板进料,回流比为1.5,溶剂比为3。模拟与优化结果为乙酸乙酯.乙腈萃取精馏分离过程的设计和操作提供了依据。     

恒回流比多组分间歇精馏计算

采用"瞬间稳态"法计算恒回流比多组分间歇精馏过程.提出操作初始态馏出液组成的设定依据,减少回流比和理论板数设计的盲目性.程序完善多组分间歇精馏回流比和理论板数的计算方法,简化馏出液瞬间组成、平均组成及釜残液瞬间组成的计算过程.     

热集成变压精馏分离甲缩醛和甲醇工艺模拟及优化

在分析甲缩醛和甲醇二元体系共沸特性基础上,提出热集成变压精馏分离甲缩醛和甲醇共沸体系的工艺方法。利用AspenPlus软件对该分离过程进行模拟计算,采用NRTL方程作为物性计算模型,其二元交互作用参数由汽液相平衡数据回归,详细分析了加压塔和常压塔的理论板数、进料位置和回流比对分离过程的影响,并进行能耗比较。结果表明,采用热集成变压精馏分离工艺,可很好地实现甲缩醛与甲醇的分离,较佳的操作条件为:加压塔操作压力1.0MPa,理论板数28,第18块板进料,回流比3.2,塔釜甲缩醛含量可达99.9%;常压塔操作压力0.1 MPa,理论板数24,第14块板进料,回流比2.6,塔釜甲醇含量可达99.5%。与常规变压精馏相比较,热集成变压精馏可节省能耗达35.5%,为共沸物分离过程的设计和改造提供依据。     

反应精馏合成乙二醇二乙酸酯工艺的模拟

采用反应精馏技术以乙二醇和乙酸为原料,NKC-9树脂为催化剂,通过酯化反应合成乙二醇二乙酸酯。运用Aspen Plus对反应精馏工艺进行模拟,详细考察理论板数、回流比、进料配比等因素对反应精馏塔性能的影响,从而获得适宜的工艺操作参数。结果表明:在精馏段、反应段和提馏段理论板数分别为3、7、5,进料酸醇比为2.6:1,回流比为1.1,塔顶采出进料摩尔比为0.53的工艺条件下乙二醇的转化率达99.9%,乙二醇二乙酸酯的收率达99.9%。模拟结果对反应精馏合成乙二醇二乙酸酯的工艺设计和过程优化具有重要指导意义。     

进料位置对双组分精馏过程耗能原因的分析

利用Aspen Plus软件对正庚烷-正辛烷双组分物系的精馏过程进行模拟计算。通过灵敏度分析确定最小回流比和理论板数的基础上,考察精馏塔的进料板位置、回流比等因素对分离精度、塔内气液相组成、温度分布和能耗的影响,结果表明,固定总板数和进料板位置,随着回流比的增加,塔顶产品组成随之增加;回流比改变,最优进料板位置也会发生变化;在达到分离要求的情况下,随着进料板位置的下移,塔顶热负荷、塔底热负荷和总热负荷先降低后升高;在最优进料板进料时,进料气液相组成和温度分布与进料板上的气液相返混程度和温度返混最小,每块塔板均为有效板,具有较高的分离能力,此时能耗最小。     

DMF萃取精馏精制高纯度甲缩醛的模拟研究

甲缩醛是一种重要的化工原料,是由甲醇和甲醛反应生成,由于甲缩醛和甲醇存在共沸,普通精馏难以提纯至99%以上,需采用特殊精馏加以分离。N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一种高沸点的含氮类有机溶剂,通过氢键与甲醇形成络合物降低甲醇的挥发度,提高甲缩醛对甲醇的相对挥发度,从而使甲缩醛和甲醇较易分离。本文利用化工流程模拟软件Aspen Plus采用萃取精馏,以DMF为萃取剂,对甲缩醛生产中的产品精制进行了模拟计算,详细分析了萃取精馏塔理论板数、进料位置、溶剂比和回流比对产品浓度的影响,结果表明,最优工艺方案为:理论板数30,甲缩醛进料位置23,萃取剂进料位置4,溶剂比1.0,回流比1.8,塔顶产品甲缩醛含量达到99.9%,为分离过程的优化操作和设计提供依据。     

丙酮和正己烷共沸体系萃取精馏的模拟优化

利用化工流程模拟软件Aspen Plus以NMP为萃取剂对丙酮和正己烷共沸物系的双塔连续萃取精馏过程进行了模拟计算与优化。确定最优工艺方案为:萃取精馏塔理论板数32,正己烷与丙酮原料进料位置为第25块理论板,萃取剂进料位置为第4块理论板数,溶剂比1.8,回流比1;溶剂回收塔理论板数为7块,回流比为0.6,进料位置为第4块理论板数。萃取精馏塔塔顶产品正己烷含量达到99.84%,萃取剂回收塔塔顶丙酮含量达到99.88%。模拟和优化结果为分离过程的优化操作和设计提供理论依据。     

带有热量集成的乙醇-水萃取精馏过程模拟

使用Aspen Plus,首先对乙醇-水萃取精馏过程的7种萃取剂的分离效能进行了模拟比较,结果显示:丙三醇DMSO乙二醇DMF糠醛苯甲醛NMP;接着,以丙三醇为萃取剂,设计了最优的萃取精馏工艺流程,并确定了萃取精馏过程中萃取精馏塔(理论板数:16,回流比:2,原料进料位置:12,萃取剂的进料量:230 kmol/hr和进料位置:4)和溶剂回收塔(理论板数:7,进料位置:3和回流比:3)的最佳工艺条件;最后,本文还利用热量集成的方法对系统的废热进行了回收利用,不但节约能耗3262.72 kW,还顺产1 MPa低压蒸汽127 kmol/hr。本研究为乙醇.水萃取精馏分离工艺的工业化提供了理论依据和设计参数。     

精馏塔设计过程的新Gilliland关联式研究

对于多组元物系分离精馏塔,理论板数(N)、最小理论板数(N_(min))、回流比(R)、最小回流比(R_(min))的关系符合Gilliland关联曲线。为适应计算机在精馏设计过程中的应用,目前国内外已提出了许多不同类型的Gilliland关联式。本文首先归纳分析了已有关联式的应用范围及优缺点,然后利用Origin软件采用最小二乘法对原始的Gilliland实验数据进行回归得到了一种新Gilliland关联式。最终将新Gilliland关联式计算的理论板数与已有实例数据、已有关联式计算的理论板数进行比较,结果表明新Gilliland关联式准确性好,形式简单,且满足边界条件。     

基于塔板组成线的反应精馏图解设计

图解设计法,可以相对较少的已知数据快速、直观地获得反应精馏塔的结构和操作参数。本文在转换组成变量的基础上,系统地推导了反应精馏塔板组成线方程及设计可行性判据,提出了基于塔板组成线进行反应精馏图解设计的策略,并对理想反应体系进行了实例设计计算。研究结果表明：利用塔板组成线进行反应精馏设计可同时获得多组可行设计方案,比现有精馏线和剩余曲线设计方法更为有效,并有利于设计的优化和经济效益评价。     

稀醋酸共沸精馏脱水工艺的模拟

醋酸是一种重要的化工原料,其水溶液广泛存在于各类工业过程中。由于醋酸与水会缔合使得两者的相对挥发度不大,生产中用于分离醋酸/水的工艺能耗较高,因此研究者和工业界都在寻求更好的分离方法。本文以醋酸正丙酯做挟带剂,应用Aspen Plus流程模拟软件,汽相逸度采用Hayden-O’Connell方程,液相活度系数采用NRTL方程计算,实现了稀醋酸共沸精馏脱水工艺的模拟。本文详细讨论了全塔理论板数、进料位置、回流比等因素对脱水塔性能的影响。结果表明,在理论板数50块,回流比3.2,醋酸进30块板,挟带剂与进料比0.15条件下,塔釜得到醋酸浓度高于95%。模拟结果对醋酸脱水工艺的设计和改造具有重要的指导意义。     

用分隔壁精馏塔分离松节油中蒎烯的模拟

提出采用分隔壁精馏塔代替常规精馏塔序列分离松节油以得到α-蒎烯和β-蒎烯的新工艺。为了选择适合松节油体系的分隔壁塔结构,采用Aspen软件分别模拟计算了DWC、DWC-SS和DWC-SR三种塔型,结果表明,与常规工艺相比DWC塔可节能26%,DWC-SS塔可节能16.6%,DWC-SR塔可节能12.5%。在此基础上考察了DWC塔进料位置、回流比、隔板位置、气液相分配比和中间产品出料位置对分离效果和热负荷的影响,得出气液相分配比是影响分隔壁塔操作稳定性的主要因素。     

State estimation and inferential control for a reactive batch distillation column

An optimal reflux ratio profile is obtained for a reactive batch distillation system utilizing the capacity factor as the objective function in a nonlinear optimization problem. Then, an Artificial Neural Network (ANN) estimator system, which utilizes the use of several ANN estimators, is designed to predict the product composition values of the distillation column from temperature measurements inferentially. The network used is an Elman network with two hidden layers. The designed estimator system is used in the feedback inferential control algorithm, where the estimated compositions and the reflux ratio information are given as inputs to the controller to see the performance of the ANN. In the control law, a scheduling policy is used and the optimal reflux ratio profile is considered as pre-defined set-points. It is found that, it is possible to control the compositions in this dynamically complex system by using the designed ANN estimator system with error refinement whenever necessary.     

分隔精馏塔分离烷烃混合物的模拟

提出采用分隔精馏塔替代常规精馏塔分离烷烃混合物的新工艺。通过Aspen模拟和灵敏度分析,着重探讨分隔精馏塔中进料位置、回流比、连接流的位置、回流气液分配比等工艺参数对分离效果和热负荷的影响,并确定分隔精馏塔的最佳操作条件是。结果表明,分隔精馏塔单塔就能达到常规的烷烃分离要求,但是对精馏塔的控制要求更高。能耗分析表明分隔精壁塔工艺比传统的分离过程节能45%。     

芳烃联合装置B/T分馏单元扩产改造模拟

某石化公司450 kt/a对二甲苯新装置开车后,现有B/T分馏单元的原料量将大为增加,而以目前装置的生产能力不能确保产品合格,面临扩产改造。本文用Aspen Plus软件对B/T分馏单元的生产工况和扩产工况进行了严格的模拟计算,生产工况模拟结果与实际生产情况十分吻合。结合Aspen Plus软件强大的灵敏度分析和反馈控制功能,分析了影响装置扩产的各种制约因素,确定了精馏塔产品采出量和回流比等参效的最优取值,并进行了相应的流体力学核算,为装置的扩产改造提供了依据。     

Dynamics and control of totally refluxed reactive distillation columns

According to the mechanism of the reaction operation involved, reactive distillation columns are often designed to work in a totally refluxed operation mode. The totally refluxed operation mode makes the reflux drum interact solely with the reaction operation involved and retards considerably the dynamics of the latter. The resultant great difference in process dynamics between the reaction operation and the separation operation involved leads frequently to under-damped responses with the degree of under-dampness closely dependent on the inventory control of the reflux drum. With the tight inventory control of the reflux drum, the degree of under-dampness can be suppressed and this presents a favorable effect to process dynamics and controllability of the totally refluxed reactive distillation columns. Two hypothetical ideal reactive distillation columns with and without a side reaction, respectively, and a high-purity ethylene glycol reactive distillation column are employed to examine the unique dynamics and controllability of the totally refluxed reactive distillation columns. The results obtained are in good accordance with the above interpretation. The current work reveals the general behaviors of the totally refluxed reactive distillation columns and can be particularly useful in control system synthesis and design.     

芳烃联合装置邻二甲苯精馏塔流程模拟与优化

化工流程模拟软件不断发展,越来越多的化工装置开始采用流程模拟来优化装置的操作。基于精馏过程的实际运行数据,建立了能够良好描述装置实际运行工况的模型,实现了对芳烃联合装置邻二甲苯精馏过程的流程模拟。利用Aspen Plus建立装置模型,按照工艺条件及产品分离要求,使用设计规定工具,对采用精馏方式从混合C8～C10物料中分离邻二甲苯(OX)工艺进行研究。模拟结果与实际工业过程数据相符,能够满足工业建模的要求。基于模型,研究了进料塔板位置、回流比和塔顶采出量等变量对装置稳定运行的影响,从进料塔板,塔顶采出量和进料组分等方面提出了优化建议。研究结果表明:精馏塔塔顶采出量为OX产品主要杂质异丙苯(IPB)含量的显著影响因素。据此提出了包括回流比和塔顶采出量参数的优化方案,可以使主要杂质异丙苯的含量下降40%的同时,每年可节省燃料成本。     

反应精馏生产丁酸酐的过程模拟

丁酸酐是一种重要的有机原料,其现有的生产工艺为间歇操作,收率较低。本研究将反应精馏技术应用到生产丁酸酐的工艺中,建立了连续生产工艺的数学模型,在实验数据的基础上,用数据分析软件MATLAB对实验数据分析处理,得到相应的模型参数。采用ASPEN PLUS进行工艺方案的模拟计算,结果表明,利用反应精馏连续生产丁酸酐的工艺是可行的,以分离促反应,产品收率到达了97%以上,同时选择工艺操作参数,最佳条件为:酸酐比2:1、反应压力0.2 atm、塔板数为12块,确定反应区主要为进料板附近。