基于Aspen Plus的三组分混合物精馏节能方案的模拟研究

介绍了直接精馏、间接精馏及完全热耦合精馏3种精馏方案,利用Aspen Plus软件对分离指数为0.69和1.2的三组分混合物,在中间组分摩尔分数为0.2,0.4,0.5,0.6及0.8,进料热状况q值为0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1的条件下,进行了直接精馏、间接精馏和完全热耦合精馏的模拟优化。模拟结果表明:对于直接精馏和间接精馏,当进料组成相同时,进料热状况值为1时能耗最低;当进料热状况值一定时,中间组分摩尔分数为0.2时,能耗最低;分离指数为0.69的三组分混合物进行完全热耦合精馏时,进料中间组分摩尔分数与进料热状况值相等时,热负荷最小;对于同一分离体系,3种精馏方案中完全热耦合精馏最为节能。研究结果为减少精馏过程中的能耗提供了理论依据。     

基于双效精馏回收乙醇的节能效果模拟研究

采用NRTL-RK热力学计算模型,通过稳态模拟优化计算,基于双效精馏流程回收乙醇,考察进料温度对三种不同结构的双效精馏流程节能效果的影响。研究结果表明:双效精馏A节能率在33%以上,较适合低温气体进料;双效精馏B节能率约为16%左右,双效精馏C节能率约为8%左右,且双效精馏B和C较适合高温气体进料。研究结果可为回收乙醇的双效精馏流程的选择和进料温度的确定提供理论依据。     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构（即隔板塔）进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

多组分精馏故障诊断和生产优化

应用多组分精馏原理,从设计角度对实际运行的精馏装置的不稳定操作进行了故障诊断,考察了回流比、回收率、进料温度和热状态对塔的加料位置和实际塔板数的影响;同时应用正交设计对各工艺条件进行了优化.实际操作数据证明故障判断准确,处理有效,获得了较好的经济效益.     

物系和分离要求对最优三组元精馏结构选择的影响

针对三组分混合物的分离,选取6种不同分离指数的物系,根据多种进料组成和分离要求,对传统的直接分离序列和间接分离序列及其热集成方式、部分热耦合精馏中的侧线精馏和侧线提馏、完全热耦合结构(即隔板塔)进行了模拟与优化设计,并以年度总费用最低为目标选出各种情况下的最优精馏结构。结果表明,分离指数、进料组成及分离要求都对精馏结构的优化选择都有显著影响,热集成精馏、部分热耦合以及完全热耦合精馏结构分别在不同条件下各具有优势。根据分析结果,对影响最优三组元分离精馏结构的因素进行归纳。     

三效精馏优化专家系统的设计

将三效精馏流程分为5类,研究了进料温度、进料组成、进料相对挥发度对节能效率的影响。结果表明:三效精馏更适宜于进料相对挥发度小于6的物系,节能率可达50%以上;除逆流三效塔釜进料精馏适用于常温进料外,其余各流程均适用于泡点及以上温度进料;除顺流三效塔顶进料精馏外,其余各流程均适用于进料中轻组分摩尔分数大于重组分摩尔分数的情况。进料温度对节能率的影响比进料相对挥发度和进料组成要显著,是关键的影响因素。根据三效精馏节能规律,设计了三效精馏优化专家系统,本系统由用户界面、知识库和推理机3部分组成,其开发基于Windows XP操作系统,以Visual Basic 6.0作为开发工具,实现推理机对知识库的访问,实现VB 6.0与工程模拟软件(PRO/Ⅱ)之间的数据传输,从而实现对最优流程的智能选择,为三效精馏的应用设计、流程选择提供了平台。     

进料热状况对精馏过程的影响

本文就不同进料热状况的苯－甲苯精馏过程的理论和实验数据，讨论了进料热状况对精馏过程各方面影响。     

常规变压精馏和变压热集成精馏分离乙腈和水的模拟

利用Aspen Plus软件对乙腈和水的分离分别采用常规变压精馏工艺和变压热集成精馏工艺进行模拟,选用UNIQUE物性方法进行计算,以能耗最低为目标函数,满足乙腈和水的质量分数都不低于99%,对常规变压精馏和变压热集成精馏进行了分析,从而确定最佳工艺。对于常规变压精馏工艺,高压塔理论板数为14,进料板位置9,回流比1. 1;常压塔理论板数为12,进料板位置8,回流比1. 6。对于变压热集成精馏工艺,高压塔进料板位置为7,回流比为1. 17;常压塔进料板位置为8,回流比为1. 6。与常规变压精馏相比,变压热集成精馏再沸器能耗降低49. 75%,冷凝器能耗降低51. 53%,且无需增加再沸器和冷凝器。     

不同类型双效精馏流程节能特性的研究

本研究利用工程模拟软件,选择乙醇-水二元物系为模型,对不同类型的3种双效精馏流程(平流双效精馏、顺流双效精馏和逆流双效精馏)进行了流程模拟,考查了不同的原料组成、不同的进料温度在分离要求相同的情况下,与普通精馏塔相比,各类型流程节能率的变化情况。结果表明,(1)原料组成变化对平流双效精馏节能率基本没影响,进料温度在泡点下,平流双效精馏节能率更高;(2)对于顺流双效精馏,进料温度的变化对其节能率的影响较大,进料温度越高两种流程的节能率越低,原进料组成中轻组分含量越多,节能率越高;(3)逆流双效精馏流程适合进料中低沸组分浓度高于高沸组分浓度的物系精馏分离。低沸组分的浓度越大,应用逆流双效精馏流程的节能率会越高。对于逆流双效精馏流程的3种不同流程的节能率均随着进料温度的升高而下降。     

改进精馏实验的一点体会

精馏是化工原理实验中的重要内容之一。如何使实验设备处于最佳状态,使实验操作的效果符合精馏原理,给学生以比较明确的感性认识,是值得我们讨论的。 我院的精馏实验设备是直径为50mm、具有连续进料、连续出料和回流比可调的不锈钢筛板塔,原采用乙醇—水物系作为精馏对象。该物系原料价格便宜,来源广,但我们在实际使用过程中发现存在以下一些问题:1、气液接触效果不理想,操作不易稳定;2、浓     

基于MVR热泵精馏的混合醇热集成分离工艺

机械蒸汽再压缩(MVR)热泵技术是把低品位的蒸汽通过压缩转变为高品位的蒸汽,循环用于热源的供热以减少能耗。而热集成技术则是合理的匹配冷热物流的换热,以提高物流的有效能利用率。鉴于精馏过程的高能耗和低热力学效率,本文以四元混合醇的分离为研究对象,把基于MVR热泵技术的热集成精馏工艺应用于该体系的分离,提出并研究了该体系带热集成与不带热集成各种MVR精馏工艺;以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,采用Aspen Plus 软件对各分离工艺进行模拟与优化,确定各分离工艺的操作参数与设备参数。研究结果表明,与常规顺序分离工艺相比,MVR精馏工艺节约能耗50%以上,节约年总费用约61%。带热集成MVR精馏工艺与不带热集成MVR精馏工艺相比,在能耗和年总费用方面,优势相当,但前者热力学效率提高了约9.5%。     

碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化

节能减排越来越受到人们的重视,夹点技术是目前应用最广泛的热集成技术之一。文章利用夹点技术对碳酸二甲酯合成工艺进行了系统用能分析,找出了用能状况不尽合理之处。将碳酸二甲酯合成及精馏四个单元作为一个系统整体考虑,提出了碳酸二甲酯合成及精馏单元的换热网络优化方案。优化后整个系统可以节约低压蒸汽33.7%,节约循环冷却水93.6%。     

硫酸工程热回收和利用的探讨

阐述了硫酸生产是低能耗而且可输出能源的基本化学原料工业.生产硫酸进行的化学反应产生大量化学反应热和其他热量,常规硫酸生产的热回收利用率,硫磺制酸为60%～70%,硫铁矿制酸仅有50%～60%;尚未回收的热量,因其品质低、用途有限,充分利用这部分热量需建立新的理念,改革工艺,使SO3生成硫酸的化学反应在能回收得到品质好、有效能高的工况下进行.论述了减少散热损失可大幅度缩小与国外产汽量的差距,并指出推进新工艺的应用以提高热回收和利用率问题,还谈及通过技术经济评估,确定热回收和利用最优化的选择和决策.     

焦炉气制甲醇装置中汽提塔废水热量回收

介绍转化和精馏废水经汽提塔回收气体,避免外排污染环境,并通过内部多级换热,回收汽提塔废水的热量,再将汽提塔废水送脱盐水站作为原水循环使用,达到节能降耗的目的.     

Extractive Distillation Systems Involving Complex Columns with Partially Coupled Heat and Material Flows

A method based on the representation of flowsheets as graphs is proposed to synthesize flowsheets of extractive distillation of multicomponent azeotropic mixtures in complex columns with partially coupled heat and material flows. It is shown that the flowsheets constructed can provide a significant decrease in the energy consumption for separation because the process becomes structurally closer to thermodynamically reversible distillation.     

带有冷存料塔釜的热敏物料间歇精馏

提出了带有冷存料塔釜的热敏物料间歇精馏流程，该流程包括冷存料塔釜、预热-冷却器、循环泵、蒸发器和精馏塔及冷凝器。该过程的设备降解指数比常规间歇精馏过程小得多。通过模拟计算，研究了回流比、预热-冷却器面积、塔釜冷却量、蒸发器加热量以及泵循环流量对热敏精馏过程的影响。     

热泵膜蒸馏系统及其特性分析

热泵可同时提供热能和冷能,与膜技术耦合具有较好的节能效果。在介绍热泵膜蒸馏系统结构和工作原理的基础上,对膜通量、热泵制冷系数、吨水能耗、单位热泵功率产水率、热泵功率与膜面积比等参数随料液温度的变化关系进行了分析。分析结果对掌握热泵膜蒸馏系统的基本特性具有较好的指导作用。     

四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水热集成双溶剂萃取精馏工艺

针对四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水四元物系中存在多个二元共沸物的特点,本工作提出了常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取两种精馏工艺。基于WILSON方程计算得到热力学数据,并对萃取剂进行了筛选。结果表明,对于四氢呋喃-甲醇和乙酸甲酯-甲醇共沸物系,选用水作为萃取剂最为合适;而对于四氢呋喃-水和乙酸甲酯-水共沸物系,则选用乙二醇作为萃取剂最为合适,且总溶剂比为0.65,乙二醇和水的比例为1.3。在此基础上,以能耗和年总费用(TAC)作为精馏工艺的评价指标,对提出的常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取精馏工艺进行了模拟,并利用夹点分析技术对双溶剂萃取精馏系统的换热网络进行了优化。研究结果表明,优化后的换热网络其冷公用工程消耗降低44.12%,热公用工程消耗节约42.49%。与常规双溶剂萃取精馏工艺相比,热集成双溶剂萃取精馏工艺其能耗降低约43.29%,节省TAC约26.89%,热力学效率提高了3.25%。可见,热集成双溶剂萃取精馏工艺用于分离以上四元共沸物系,具有较好的技术经济优势。     

焦化厂蒸氨供热方式分析

焦化厂蒸氨的供热方式决定蒸氨过程的能源消耗量及污染物排放量,因此已引起业界的广泛关注。结合工作实践,对直接蒸汽供热、导热油供热、管式炉加热循环废水供热及间接蒸汽再沸器供热进行了对比,并对管式炉加热循环废水供热及其工艺进行了重点介绍。可供焦化厂选择蒸氨供热方式参考。     

热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺

粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。虽然五塔多效精馏可以降低精馏过程能耗,但仍存在相当的低品位余热未利用,为进一步降低五塔多效精馏工艺的能耗,本研究引入机械蒸汽再压缩式（MVR）热泵,在常压塔提馏段增设辅助再沸器,形成热泵耦合多效甲醇精馏新工艺。基于新工艺的全流程模拟数据,文章利用夹点技术对热泵设置的合理性进行分析,采用能耗、效能系数（COP）和年总成本（TAC）等指标对新工艺过程进行评价。结果表明：热泵耦合多效甲醇精馏新工艺中热泵设置合理,冷负荷为24.7MW,再沸器总热负荷为22.25MW,COP为22.5,相比五塔多效精馏工艺,冷负荷、热负荷以及TAC分别降低33.76%、32.64%和26.97%。热泵耦合多效甲醇精馏新工艺节能效果显著。