合成乙酸丁酯的热泵技术的分隔壁反应精馏流程模拟与优化

在合成乙酸丁酯的工艺中，将热泵技术用于其分隔壁反应精馏流程。针对这种塔顶、塔釜流股温差较大的体系，基于热泵技术提出了3种不同的分隔壁反应精馏流程，分别为：塔底换热的热泵分隔壁反应精馏流程、带中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程和带预热器及中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程。优化分析这3种精馏流程的能耗和年总费用(TAC)，并与常规分隔壁反应精馏流程进行对比。结果表明，热泵技术的应用使分隔壁反应精馏流程的能耗和费用都显著地降低；带预热器和中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程是该合成工艺中反应精馏流程的优化选择；与常规分隔壁反应精馏流程相比，在回收期为8 a时带预热器和中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程可以使能耗、CO2排放和年总费用分别降低35.18%、71.53%和35.35%。     

合成乙酸丁酯的热泵分隔壁反应精馏流程模拟与优化

在合成乙酸丁酯的工艺中,将热泵技术用于其分隔壁反应精馏流程。针对这种塔顶、塔釜流股温差较大的体系,基于热泵技术提出了3种不同的分隔壁反应精馏流程,分别为:塔底换热的热泵分隔壁反应精馏流程、带中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程和带预热器及中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程。优化分析这3种精馏流程的能耗和年总费用(TAC),并与常规分隔壁反应精馏流程进行对比。结果表明,热泵技术的应用使分隔壁反应精馏流程的能耗和费用都显著地降低;带预热器和中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程是该合成工艺中反应精馏流程的优化选择;与常规分隔壁反应精馏流程相比,在回收期为8 a时带预热器和中间换热的热泵分隔壁反应精馏流程可以使能耗、CO_2排放和年总费用分别降低35.18%、71.53%和35.35%。     

丙烯精馏塔热泵流程的优化

利用Aspen Plus流程模拟软件,选用RK-SOAVE物性模型和RADFRAC精馏模型,对常规丙烯精馏塔的操作工况进行了模拟.在此基础上,对丙烯精馏塔的2种热泵流程即塔顶蒸汽直接压缩式热泵流程和塔釜液闪蒸再沸式热泵流程进行了模拟计算.结果表明,对于丙烯精馏塔而言采用塔釜液闪蒸再沸式热泵流程更有利.所选热泵精馏流程优化操作参数如下:丙烯精馏塔进料位置为第125块塔板,回流比为16.5,节流阀压力为1.0 MPa.通过对操作参数进行优化,在处理量相同的情况下,可使塔釜液闪蒸再沸式热泵精馏流程压缩机功率降低352.39 kW,辅助冷却器负荷降低31.72 kW.     

正丙醇脱水共沸精馏节能设计与动态控制研究

针对正丙醇脱水过程设计了减压共沸精馏(ADRP)与共沸精馏隔壁塔(ADWC)2种节能流程,分别从稳态优化与动态控制2个方面对ADRP和ADWC 2种流程进行研究。基于年度总费用(TAC)最低的稳态优化后可以得出,ADWC具有更优的节能效果,其TAC值低于ADRP约25.65%。动态控制研究中,ADRP可以对±20%进料组分波动进行有效控制,而ADWC只能有效控制±10%进料组分波动,且由于使用组成控制器串级方案,其回稳时间较长。结果表明,ADWC在节能方面具有较大优势,但动态控制结构较复杂且抗干扰能力有限是影响其广泛工业应用的重要问题。     

基于离子液体的乙腈-乙醇-水共沸体系节能分离

乙腈生产过程中产生的乙腈-乙醇-水物系,由于在常压下产生了3种二元共沸物和1种三元共沸物,采取常规精馏无法对物系进行有效分离,因此基于COSMO-SAC理论对具有应用潜力的4种离子液体进行筛选,选定1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯([DMIM][DMP])作为分离乙腈-乙醇-水物系的适宜萃取剂,并利用σ-谱图对离子液体与该物系的作用机理进行分析;采用Aspen Plus软件建立了基于离子液体分离乙腈-乙醇-水物系的萃取精馏流程。以年度总费用(TAC)最低为优化目标,并将CO₂排放成本计入目标函数中进行流程优化。在此基础上,为了更有效节能,进一步设计优化了热泵精馏萃取分离流程。最终热泵精馏流程TAC比常规流程降低16.82%,CO₂排放费用减少了23.35%。     

甲基丙烯酸甲酯/甲醇/水共沸体系变压精馏分离工艺的模拟与优化

对甲基丙烯酸甲酯/甲醇/水三元共沸混合物分离进行了常规变压精馏和双效热集成变压精馏模拟。以年总费用(TAC)为目标函数,对进料板位置、回流比、塔板数等参数进行了优化。在常规变压精馏工艺中,高压塔进料板位置最佳为第10块板、回流比为0.4、塔板数为23块,低压塔最佳进料板位置为第15块板、回流比为1.0、塔板数为60块,高压塔与低压塔的操作压力分别为300 kPa和10 kPa。在优化后的常规变压精馏基础上,提出了双效热集成变压精馏工艺,与常规变压精馏工艺相比,双效热集成变压精馏工艺的再沸器与冷凝器负荷分别下降34.81%和34.92%,TAC下降31.40%。     

蒸汽压缩式热泵精馏技术探讨

蒸汽压缩式热泵精馏技术是改变流程的高效节能精馏技术,根据工艺流程不同主要分为外部工质循环式、塔顶气体直接压缩式、闪蒸再沸式及分割式。文中探讨了蒸汽压缩式热泵精馏的适用范围、应用形式及工艺特性。     

基于中间再沸器的萃取精馏精制含水乙腈的过程研究

采用Aspen Plus软件对以乙二醇为萃取剂的萃取精馏工艺精制含水乙腈的过程进行了模拟优化。以全流程的年度总费用(TAC)最小为目标,对各项设计变量如全塔塔板数、进料位置和回流比等进行了优化,得到最佳工艺参数。以降低能耗费用为目的,在萃取剂再生塔提馏段增设中间再沸器,采用费用较低的中压蒸汽作为加热介质,考察了中间再沸器的位置以及抽出量对TAC的影响。结果表明:中间再沸器设置在第9~10块塔板之间时,全流程的TAC最小,当处理规模为100kmol/h时,相比无中间再沸器的普通萃取精馏的TAC节约7.61×10~4$/a。     

催化轻汽油醚化技术的应用与研究

催化轻汽油醚化工艺是一种清洁汽油生产工艺,在提高催化汽油辛烷值的同时,可降低其烯烃含量。重点讨论了催化轻汽油醚化工艺在原料预处理、醚化反应、甲醇回收方面的一些应用与研究成果。结果表明:(1)原料预处理采用微萃取深度分离设备代替常规水洗塔,可降低水洗水用量;(2)醚化反应优先选用"两台醚化反应器串联+共沸塔+醚化反应器"流程;(3)醚化反应器内件采用条缝筛网代替不锈钢孔板和丝网可避免石棉绳脱落等事故的发生;(4)醇烯比与轻汽油进料组成及共沸塔或催化蒸馏塔的操作压力有关,其取值范围可在1.2～1.5;(5)甲醇和催化轻汽油进料采用比值控制方案,当进料中活性烯烃含量变化不大时,可取消控制方案中价格昂贵的在线分析仪;(6)采用萃取精馏法对C_5组分与甲醇分离存在设备和管线腐蚀问题,解决的主要措施是在萃取水管线上设置净化器。另外,共沸塔侧线抽出-反应-分离工艺和变压精馏工艺因不使用萃取水,在降低设备和管线腐蚀的同时不向外界排放难以处理的含甲醇污水,值得大力推广。     

亚高原地区变压精馏分离乙酸乙酯-乙醇的研究

对亚高原地区乙酸乙酯-乙醇共沸物进行了变压精馏分离工艺(PSD)模拟，低压塔压力设定为云贵高原地区的大气压0.85 atm，高压塔压力设定为3 atm。以年度总费用TAC最小为依据，对各项设计变量如理论塔板数、回流比和进料位置等进行了优化，在此基础上，本文又进行了部分热集成变压精馏(PHIPSD)和完全热集成变压精馏(FHIPSD)的工艺设计。结果表明热集成工艺需要更低的设备成本和能耗成本，相比无热集成工艺，部分热集成变压精馏(PHIPSD)和完全热集成变压精馏(FHIPSD)的年度总费用TAC分别节省27.82 %和28.89 %，完全热集成变压精馏工艺可以有效分离乙酸乙酯—乙醇共沸物，且经济上更合理，本文的研究内容为亚高原地区此类共沸物的分离提供一些技术参考。     

新型热耦合反应精馏应用于乙酸甲酯水解的研究

A different pressure thermally coupled reactive distillation column(DPT-RD) for the hydrolysis of methyl acetate(Me Ac) is developed, and its design and optimization procedures are investigated. The sensitivity analysis is carried out to minimize the energy consumption, which is associated with the total annual cost(TAC). The influence of the proposed DPTRD scheme on energy consumption and economic efficiency are evaluated in comparison with the conventional reactive distillation column(CRD). Both the DPT-RD and CRD are simulated with the Aspen Plus?, and it can be observed that for the DPT-RD the energy consumption and the TAC are reduced, and the thermodynamic efficiency is increased as compared with the CRD process.     

叔丁醇-乙醇-水分离的萃取精馏节能设计与动态控制

针对工业实例分离叔丁醇-乙醇-水三元共沸物,设计了常规三塔萃取精馏(CTCED)及节能型多侧线塔萃取精馏(EDCMR)分离流程.通过稳态优化对2种流程进行对比,基于以年度总费用(TAC)最低为目标的稳态优化后可以得出,多侧线塔萃取精馏流程的TAC比常规三塔萃取精馏流程降低了16.16％.在此基础上,对于多侧线塔萃取精馏...     

反应精馏合成乙酸异丙酯过程的强化与动态控制

为了解决传统反应精馏难以得到高纯度乙酸异丙酯的难题,将反应精馏与萃取精馏工艺耦合在一个塔中,打破产物间的共沸,得到高纯度的乙酸异丙酯。同时采用萃取剂循环物流对异丙醇进行预热,以降低反应萃取精馏塔的再沸器热负荷。利用Aspen Plus模拟软件对该流程模拟,得到乙酸异丙酯的摩尔分数可达99.5%,在此基础上以年度总费用(TAC)最小为优化目标,得到最优的操作参数。基于经济最优流程,对反应萃取精馏合成乙酸异丙酯流程进行控制结构的设计,采用相对增益矩阵(RGA)判据获得不同的操纵变量与控制变量匹配关系,提出了3种动态控制结构并对其动态特性进行了分析。结果表明,Q/F温度串级控制结构可有效抵抗扰动,稳定后产品纯度偏差较小,且回稳时间相比温差控制更短,可以保证生产的平稳运行。     

Design and Control of Self-Heat Recuperative Distillation Process for Separation of Close-Boiling Mixtures: n-Butanol and iso-Butanol

In order to explore the advantages of self-heat recuperative distillation(SHRD) process, the design and control of the SHRD process was studied for the separation of n-butanol and iso-butanol mixtures. The economic superiority of SHRD process is presented when a comparison on the total annual cost(TAC) of the conventional distillation process, the vapor recompression distillation process and the SHRD process was made. For the SHRD process, 37.74% and 11.35% savings of TAC can be achieved as compared to the conventional distillation process and vapor recompression distillation process, respectively. The dynamic characteristics of this promising SHRD sequence had been studied, and the dynamic responses demonstrated that 10% changes in both feed flow rate and feed composition can be well handled by the control strategy with dual-temperature control. It is proven that the SHRD system not only can provide economical savings but also can operate normally with good controllability.     

Design,Optimization and Control of Extractive Distillation for Separation of Ethyl Acetate-Ethanol-Water Mixture Using Ionic Liquids

In this work, the process simulation of pressure-swing distillation(PSD) and extractive distillation(ED) using ionic liquid(IL) 1-butyl-3-methylimidazolium acetate([bmim][OAc]) as the entrainer for separation of ethyl acetateethanol-water mixture is performed. The design parameters of the two distillation processes are optimized with the minimum total annual cost(TAC) serving as the objective function. The results show that the TAC saving of ED process is 35.27% in comparison with that of PSD process in the case of achieving the same purity and yield of ethyl acetate.In addition, the dynamic controllability of ED process is further studied. The traditional two-point temperature control structure is proposed for the ED process, and it works pretty well while taking into account the disturbances in both feed rate and feed composition.     

自热回收精馏过程分离正丁醇/异丁醇近沸点混合物的设计与控制研究

为了探索自热回收精馏在分离过程中的优势,以分离正丁醇-异丁醇近沸点混合物体系为例,对自热回收精馏过程的设计与控制过程进行了研究。通过优化设计,求取了传统精馏过程、热泵精馏过程、自热回收精馏过程的年总费用值。结果表明,自热回收精馏过程的年总费用分别比传统精馏、热泵精馏过程节省37.74%、11.35%,因而证明了自热回收精馏过程的经济优势。另外,对该极具潜力的自热回收精馏过程进行了动态研究。当建立双温度控制结构时,自热回收系统能够分别抵抗10%的进料流率与进料组分变化,进料扰动得到了有效的控制。因此,自热回收精馏过程不仅在经济上具有优势,并且显示了良好的可控性。     

制备氯代环己烷的反应精馏耦合工艺研究

建立了将气液鼓泡反应器与精馏塔相耦合的新型反应精馏小试装置,进行了环己烷氯化反应合成氯代环己烷的工艺研究,测定了反应精馏塔内的浓度和温度分布,考察了通氯量和回流量对环己烷氯化反应精馏的影响。反应器中氯代环己烷的摩尔分数控制在20%以下,副反应可以得到很好的抑制。在适宜的操作条件下,环己烷的转化率可达99%以上,氯代环己烷的收率可稳定在90%以上。提出的工艺方案可为工业装置设计提供参考。     

反应吸收合成月桂酸甲酯过程设计及控制研究

生物柴油是一种可持续、无毒、生物可降解的脂肪酸甲酯混合物,主要性质与石化柴油近似,是未来最有可能替代石油的清洁燃料。本文提出了一种反应吸收制备生物柴油新工艺。通过Aspen Plus软件分别对反应精馏与反应吸收过程进行稳态建模。结果表明,与反应精馏相比,反应吸收过程具有明显的节能效果。由于反应吸收工艺仅使用了一个反应吸收塔,因此能够减少设备投资。此外,对反应吸收制备生物柴油工艺的动态性能进行了研究,提出的控制结构能够有效地抵抗进料扰动,具有良好的可控性。由此可见,反应吸收过程是一项极具发展潜力的生物柴油制备技术。     

差压热耦合萃取精馏工艺分离甲基环己烷和甲苯的模拟研究

以苯酚为萃取剂,采用萃取精馏对甲基环己烷(MCH)-甲苯(MB)物系进行分离,比较了常规萃取精馏工艺流程和差压热耦合萃取精馏工艺流程;采用Aspen Plus化工流程模拟软件对萃取精馏工艺分离MCH-MB物系进行了模拟计算,考察了差压热耦合萃取精馏工艺中萃取剂进料位置、原料进料位置、萃取剂与原料的摩尔比(溶剂比)、回流比和压缩比等参数对MCH产品纯度及工艺能耗的影响。模拟得到差压热耦合萃取精馏塔优化的操作参数:萃取剂进料位置为第6块理论板,原料进料位置为第4块理论板,溶剂比为2.95,回流比为6,压缩比为12。模拟结果表明,差压热耦合萃取精馏工艺节能效果显著,比常规萃取精馏工艺可节能74.97%,得到MCH产品的含量可达99.54%(x)。     

反应精馏隔壁塔水解醋酸甲酯的控制研究

在稳态模拟的基础上,研究了醋酸甲酯水解的反应精馏隔壁塔的控制策略。首先利用Aspen Plus软件模拟并优化了该工艺,得到最优操作条件;通过稳态敏感性分析得到各塔板温度的相对增益,由非方相对增益矩阵法选择控制变量及相对增益矩阵法确定操纵变量与被控变量的控制关系,以降低系统的耦合程度;采用继电反馈法整定比例积分控制器参数后,最终在AspenDynamics平台上对动态控制进行了模拟。模拟结果表明,通过3个温度控制回路(水进料量控制主塔第28块塔板温度、主塔塔底再沸器热负荷控制主塔第21块塔板温度、侧线塔塔顶回流量控制侧线塔第11块塔板温度),可较好地控制醋酸甲酯水解的化学计量平衡,且产品质量要求与设计值之间的偏差不大于0.01%。