蒸馏过程的优化

介绍了进料位置对蒸馏塔分离能力和能耗的影响,指出进料位置优化是促进分离和节省能耗的有效途径。对进料位置优化主要介绍了计算机模拟软件PRO\II的分离因子法、Case study分析法和optimizer法。同时还介绍了进料状态对蒸馏过程能耗的影响,通过案例介绍了优化方法并从数值上具体分析了对塔操作费用的影响。指出对于塔顶产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态应当以露点或过热为宜;而对塔釜产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态以泡点或过冷为佳。     

逆向蒸馏

采用严格模拟法对多组分蒸馏过程进行了研究。给出了产生逆向蒸馏的3个主要原因,即进料位置不当、进料中关键组分摩尔分数过低以及实际回流比(摩尔比)接近最小回流比。分析了逆向蒸馏的弊端,如进料位置不当所引起的逆向蒸馏,使冷凝器和再沸器能耗分别增加12.76%和12.19%,总计能耗增加达24.95%。提出了避免逆向蒸馏的方法。蒸馏塔设计需分析有无逆向蒸馏现象,逆向蒸馏应予以消除,同时还需进行参数优化,包括塔板数、进料位置、回流比等。而简化法计算结果过于粗糙,只能作为参考而不能作为最终设计的依据。     

共沸精馏分离丙炔醇-丁炔二醇-水的模拟及优化

运用Aspen Plus的RadFrac精馏模块,选择NRTL活度系数方程和Hayden-O’Connell逸度系数方程的热力学模型对共沸精馏分离丙炔醇-丁炔二醇-水体系进行了模拟计算,计算值与工业数据吻合。采用醋酸乙烯酯为夹带剂,分析了原料进料位置、回流比、夹带剂进料位置、夹带剂进料比等参数变化对该体系共沸精馏分离效果与能耗的影响,并进行了参数优化。结果表明,原工艺经参数优化后,可较大程度降低能耗,同时提高分离效果。     

蒸馏过程进料状态优化

文章叙述了进料状态对蒸馏过程能耗的影响,通过案例计算介绍了优化方法并从数值上具体分析了对塔操作费用的影响。指出对于塔顶产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态应当以露点或过热为宜;而对塔釜产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态以泡点或过冷为佳。传统的方法不做任何具体分析,一概采用泡点进料的方式并非合理可取的做法,而是需根据具体工况进行优化计算和经济效益比较,得到操作费用最低的进料状态。     

共沸精馏分离醋酸-丁烯醛的模拟及优化

运用Aspen Plus的RadFrac精馏模块,选择NRTL活度系数方程和Hayden-O’connell逸度系数方程的热力学模型对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离醋酸-丁烯醛进行了模拟计算,计算值与现场实测值吻合。分析了原料进料位置、共沸剂进料位置、回流比、进料比等参数变化对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离效果与能耗的影响,并进行了参数优化。结果表明,原工艺经参数优化后,可较大程度降低能耗,同时提高分离效果。     

变压精馏分离乙腈-异丙醇混合物模拟及优化

本文在对乙腈与异丙醇分离过程物系特点进行分析的基础上,在Aspen中建立了采用变压精馏分离二者的流程的模拟模型。计算结果显示该流程的产品质量及产品收率均能满足要求。对两塔的总塔板数、回流比以及进料板位置逐一进行了优化。同时分析了进料位置以及回流比对产品质量及能耗的影响,对比了优化前和优化后总体的能量消耗。     

温度极化对膜蒸馏性能的影响研究进展

温度极化现象普遍存在于膜蒸馏过程中,该现象可导致驱动力下降、渗透通量降低且能耗增加。介绍了温度极化现象产生的原因及其评价指标,分析了进料液流速和膜的特性对其造成的影响,阐述了其在传热和传质过程中的负面作用。对传统膜蒸馏工艺及组件进行优化可在一定程度上减轻温度极化,但研发具有导热功能的复合膜以实现对冷进料的加热,则有望从根源上显著降低温度极化,提升膜蒸馏性能。     

基于能耗评价的变压精馏分离乙醇-氯仿共沸物的工艺模拟

运用Aspen Plus软件对乙醇-氯仿混合物变压精馏工艺进行模拟与研究,并且基于总流程能耗最小的评价方式对工艺参数进行优化,最终实现了乙醇与氯仿的高效分离,乙醇与氯仿产物的质量纯度均达到0.999,最终的工艺参数为低压塔的塔板数35,回流比0.8,进料位置21,循环物流进料位置14;高压塔的塔板数33,回流比1.1,进料位置23。该研究方法为基于能耗最小优化工艺参数的变压精馏设计提供了参考。     

甲醇-乙腈共沸体系变压精馏工艺的模拟与优化

运用Aspen Plus软件对甲醇-乙腈混合物变压精馏工艺进行模拟与研究,并且基于总流程能耗最小的评价方式对工艺参数进行优化,最终实现了甲醇与乙腈的高效分离,甲醇与乙腈产物的质量纯度均达到0.999,最终的工艺参数为高压塔的塔板数为50,回流比1.9,原料进料位置第39块塔板,循环物流进料位置第39块塔板;低压塔的塔板数为85,回流比5.3,进料位置第42块塔板。该研究方法为基于能耗最小优化工艺参数的变压精馏设计提供了参考。     

Aspen Plus软件在乙醇-水分离塔设计中的应用

本文在对乙醇与水分离过程中结合Aspen Plus软件对该过程进行模拟。模拟计算结果显示该流程的产品质量及产品收率均能满足要求。同时对精馏塔的总塔板数、回流比以及进料板位置逐一进行了优化。同时分析了进料位置以及回流比对产品质量及能耗的影响,对比了优化前和优化后总体的能量消耗。最后还结合模拟和经验公式计算对该塔的塔高、塔径以及相关的经济指标进行计算,旨在为实际的乙醇-水分离的精馏塔设计提供指导。     

变压精馏分离甲醇-丙酮的工艺模拟及优化

采用Aspen Plus软件,以塔釜能耗为目标,以甲醇、丙酮纯度为约束函数,对双效变压精馏分离甲醇-丙酮工艺过程进行模拟。分析了操作压力、理论板数、回流比、进料位置和进料温度等参数对精馏过程的影响。确定了最优工艺参数：减压塔操作压力40 kPa,理论板数37,回流比2.4,进料塔板数26,进料温度25 ℃;常压塔理论板数30,回流比4.2,进料塔板数23。减压塔所得甲醇质量分数为99.0%,常压塔所得丙酮质量分数为99.7%。对比变压精馏和萃取精馏过程,变压精馏更容易得到高纯度丙酮产品,节能约13.4%。模拟结果对工业设计和设备改造具有一定指导意义。     

19万t/a醋酸乙烯精馏装置的技术改造

应用计算机模拟了进料热状况对醋酸乙烯精馏系统的影响,并计算了不同回流比下的塔板数、能耗、冷却负荷等参数值,通过改变进料热状况消除塔内恒浓区,优选出最佳精馏方案,即进料气化率20％、同流比为2、理论板数为63。应用复合斜孔塔板代替筛板塔板,对醋酸乙烯精馏塔进行了技术改造。改造后装置生产能力提高至19万t／a,节能20％,产品质量稳定,醋酸乙烯精馏塔运行周期延长至4年。     

苯-环己烷萃取精馏过程模拟和优化研究

以UNIFAC方程为物性计算方法,使用化工过程模拟系统PRO/对苯-环己烷萃取精馏分离过程进行模拟和优化研究。采用双塔联用工艺,对萃取剂种类、萃取剂用量、温度、加入位置,原料液进料温度、进料位置,两塔的总理论板数分别进行了优化。结果表明:以糠醛为萃取剂,糠醛用量与原料液用量摩尔比为2.2、加入温度为298.15℃、在塔1的第7块板加入,原料液进料温度为353.85℃、在塔1的第25块板进料,塔1的总理论板数为35块,塔2总理论板数为10块时,分离过程达到最优。此时,塔1的环己烷产品纯度为0.9953,塔2的苯产品纯度为0.9890,循环糠醛纯度为0.9985。     

环丁砜萃取精馏过程模拟分析及工艺参数优化

以环丁砜-烃类相平衡数据和NRTL-RK热力学方法为基础，对环丁砜萃取精馏过程进行了全流程模拟和工艺操作参数优化。综合考虑各个操作变量及其关联，提出了基于局部耦合参数迭代优化的整体协同优化的策略。通过文献数据回归和Aspen Plus物性估算系统相结合，补充修正了缺失的模型参数，并以此模拟分析了各关键操作参数对环丁砜萃取精馏过程能耗和分离效果的影响。结果表明：当萃取精馏塔操作压力为0.17 MPa，溶剂回收塔操作压力为0.05 MPa时，贫溶剂最佳温度为100℃，原料饱和气相进料的最佳进料位置为第50块塔板；溶剂回收塔最佳回流比为0.33；最佳进料位置为第6块塔板，汽提水量为2853 kg·h^-1。优化后，装置最小热公用工程由1.158 GJ·t^-1下降至0.802 GJ·t^-1，节能效果显著。     

Optimization of coproduction of ethyl acetate and n-butyl acetate by reactive distillation☆

Based on a previous investigation, a simulation model was used for optimization of coproduction of ethyl acetate and n-butyl acetate by reactive distil ation. An experimental setup was established to verify the simulated results. The effects of various operating variables, such as ethanol feed location, acetic acid feed location, feed stage of reaction mixture of acetic acid and n-butanol, reflux ratio of ethyl acetate reactive distillation column, and distil-late to feed ratio of n-butyl acetate column, on the ethanol/n-butanol conversions, ethyl acetate/n-butyl acetate purity, and energy consumption were investigated. The optimal results in the simulation study are as follows:ethanol feed location, 15th stage;acetic acid feed location, eighth stage;feed location of reaction mixture of acetic acid and n-butanol, eighth stage;reflux ratio of ethyl acetate reactive distillation column, 2.0;and distillate to feed ratio of n-butyl acetate, 0.6.     

苯回收塔工艺过程模拟

利用AspenPlus软件,选取BK10模型,对苯回收塔进料状态改变以后的运行状况进行了模拟计算。结果表明：进料位置在设计的17块塔板时,顶产出量应在9520—9620kg／h之间变化,回流比在0．69以上即可达到要求的分离精度。进料位置调整为23块板时,塔顶产出量应在9540．9620kg／h之间变化,回流比在0．61以上可以达到要求的分离精度。稳定控制塔顶产出量,可以有效提高分离精度。改变进料位置、优化操作参数可有效降低装置能耗。     

基于能量目标的芳烃萃取精馏溶剂评价模型

以NRTL活度系数模型为基础，利用Aspen Plus对不同单组分萃取剂回收芳烃的萃取精馏装置进行了全流程模拟和工艺操作参数优化。综合考虑各操作变量及其关联，提出了基于局部耦合参数迭代优化的整体协同优化策略，在保证分离要求的条件下，以能耗为目标，对萃取精馏塔（EDC）、溶剂回收塔（ERC）的进料位置、ERC回流比等关键操作参数进行优化，建立过程能耗的物性关联模型。通过分析不同溶剂对芳烃萃取精馏过程能耗和分离效果的影响，提出了基于能耗目标的芳烃萃取精馏溶剂评价模型，结果表明影响芳烃萃取精馏过程能耗的关键物性为溶剂的分子量及常压沸点，所建立的过程能耗关联模型具有较高的关联性，其R ²均大于0.9，可有效指导萃取精馏溶剂选择，为计算机辅助分子设计提供简化的目标函数。     

The second law optimal state of a diabatic binary tray distillation column

A new numerical procedure to minimize the entropy production in diabatic tray distillation columns has been developed. The method was based on a least square regression of the entropy production at each tray. A diabatic column is a column with heat exchangers on all trays. The method was demonstrated on a distillation column separating propylene from propane. The entropy production included contributions from the heat transfer in the heat exchangers and the mass and heat transfer between liquid and vapor inside the distillation column. It was minimized for a number of binary tray distillation columns with fixed heat transfer area, number of trays, and feed stream temperature and composition. For the first time, the areas of heat exchange were used as variables in the optimization. An analytical result is that the entropy production due to heat transfer is proportional to the area of each heat exchanger in the optimal state. For many distillation columns, this is equivalent to a constant driving force for heat transfer. The entropy production was reduced with up to 30% in the cases with large heat transfer area and many trays. In large process facilities, this reduction would ideally lead to 1-2 GWh of saved exergy per year. The most important variable in obtaining these reductions is the total heat transfer area. The investigation was done with a perspective to later include the column as a part in an optimization of a larger process. We found that the entropy production of the column behaved almost as a quadratic function when the composition of the feed stream changed. This means that the feed composition is a natural, easy variable for a second law optimization when the distillation column is a part of a process. The entropy production was insensitive to variations in the feed temperature.     

环丁砜萃取精馏提纯连三甲苯的实验和模拟

针对混合C₉芳烃原料中沸点接近、分离困难的连三甲苯-茚满物系,以环丁砜为萃取剂进行了萃取精馏分离提纯实验,并采用Aspen Plus化工流程模拟软件对萃取精馏工艺过程进行了模拟研究,萃取精馏实验数据与模拟结果吻合较好,相对偏差小于5%。结合萃取精馏实验和流程模拟考察了萃取精馏塔的理论塔板数、溶剂比（萃取剂与原料的质量比）、回流比以及原料和萃取剂的进料位置等因素对分离效果的影响规律。结果表明,环丁砜萃取精馏提纯连三甲苯较适宜的工艺条件是：萃取精馏塔的理论塔板数为60~65、溶剂比为5~7、回流比为3~4、原料的进料位置为第34~36块板、萃取剂的进料位置为第8~10块板,在此条件下,塔顶可获得高纯度的连三甲苯产品,其质量分数可达99%以上,回收率可达93%以上。     

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。