连续隔壁塔分离乙二胺衍生物的模拟优化

二氯乙烷法制乙二胺会产生多种具有较高经济价值的副产品,为分离得到此类高纯度的副产品,提出采用2个连续隔壁塔分离的新工艺。首先,使用Aspen Plus设计并模拟连续隔壁塔分离乙二胺衍生物流程,验证该工艺的可行性。然后,以年度总费用(TAC)为优化目标,对各塔理论塔板数、隔板位置、进料位置、侧线采出位置等设计参数进行优化。最后,将优化后的连续隔壁塔流程与已优化的常规直接分离序列进行比较,结果表明:隔壁塔流程可降低再沸器负荷23.15%,降低操作费用18.59%,年度总费用降低12.11%。因此,使用隔壁塔技术分离乙二胺衍生物可以有效地节约能耗、降低成本。     

热泵精馏隔壁塔分离宽沸程物系的模拟

将中间换热和热泵精馏两种精馏节能技术应用到隔壁塔中,提出了带中间换热器的热泵精馏隔壁塔流程,以解决隔壁塔在分离宽沸程物系时出现的塔顶与塔底温差过高而不宜应用热泵精馏的问题。利用精馏塔总复合曲线图,可确定中间产品塔板采出流股的相态,从而得到不同类型的热泵精馏隔壁塔流程。宽沸程物系分离实例的模拟计算结果表明,该类流程在主塔气液相流量较大的情况下具有较高的节能效率。     

隔壁塔用于多氯甲烷分离单元的模拟研究

以某26万t/a甲烷氯化物装置为研究对象,选取其中多氯甲烷分离单元,采用隔壁塔热耦合技术将混合物分离为3种高纯度产品。利用Aspen Plus软件中Petlyuk模型对分离过程进行模拟,利用灵敏度分析模块进行参数优化,并与实际工况进行对比。结果表明:当进料位置为第24块塔板,侧线出料位置为第38块塔板,回流比为7.0时,二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的分离纯度分别为99.99%,99.90%,99.70%,达到分离要求。当二氯甲烷和三氯甲烷进料组成比例保持1∶1.5,四氯化碳的进料质量分数在6%—8%变化时,适宜的气、液相回流流量范围分别为148—150,103—105 kmol/h。与常规双塔精馏过程相比,隔壁塔冷凝器、再沸器负荷分别减少17.98%,23.01%,节能效果显著。     

Kaibel隔壁塔用于四组分精馏的模拟优化和实验研究

隔壁精馏塔由于其特殊的结构可在单塔内实现多组分高纯度分离的目的。本文针对Kaibel隔壁精馏塔（KDWC）分离四组分混合物的节能工艺进行了模拟优化和实验研究。以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇（MEPB）为例,通过热力学分析建立了稳态模拟的“四塔模型”,并以塔内温度分布为依据对模型准确性进行了实验验证。提出了一种基于再沸器能耗的优化流程,以再沸器最小能耗为目标函数,对KDWC的液相分配比（RL）及整体结构进行了优化。分析了KDWC的节能原理并考察了中间组分含量对KDWC节能效果的影响。对比了KDWC与常规传统三塔序列的能耗并对二者的热力学效率进行了计算。结果表明：温度分布的模拟值与实验值趋于一致,且液相分配比（RL）是塔的重要操作参数;KDWC结构相比于传统三塔序列节能的重要原因是有效降低了中间组分（乙醇和正丙醇）的返混程度,且随着中间组分含量的增加KDWC节能效果越来越明显;当中间组分摩尔分数为80%时,KDWC可节能35.65%,可提高热力学效率26.11%。通过本文研究,为隔壁塔用于四组分精馏提供了基础实验数据并为其节能优化提供了理论指导。     

隔壁塔用于苯、甲苯、二甲苯分离的控制

在稳态模拟的基础上,研究了用于苯、甲苯、二甲苯分离的隔壁塔的控制策略和动态特性。动态模拟中采用继电反馈法和Tyreus-Luyben准则进行PID参数整定,在Aspen Dynamic平台上,对比分析了DB/LSV、DV/LSB、LB/DSV和LV/DSB 4种典型组成控制策略的动态特性,并重点考察了LV/DSB基础上的温度控制、温度组成联合控制和温度组成串级控制策略。结果表明,当出现进料组成或流率干扰时,隔壁塔具有很好的可控性,调节时间TS最短至2.97 h,产品质量要求与设定值之间的摩尔最大偏差A最低至0.0015。     

隔壁塔分离低碳混合醇动态控制研究

CO加氢制低碳混合醇是非石油基含碳资源再利用的重要途径之一,降低后续的分离能耗成为其工业化亟待解决的问题。文中在Aspen Dynamics平台上模拟了隔壁塔分离甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇的动态控制特性。在充分考虑液相分配量控制初馏塔塔顶压力的情况下,分析比较了LQ_R/DSB、DB/LSQ_R、DQ_R/LSB、LB/DSQ_R 4种动态控制策略。结果显示DB/LSQ_R在面对流量干扰时具有最好的控制性能。在此基础上进一步考察温度-组成的串级控制策略,结果表明,与纯组分控制相比,调节时间t和最大质量偏差A均明显减小,控制效果更佳。     

隔壁塔萃取精馏制取无水异丙醇的模拟研究

提出一种隔壁塔萃取精馏制取无水异丙醇的新工艺．利用Aspen Plus模拟软件,对隔壁塔和常规萃取精馏工艺进行了模拟。确定了隔壁塔的主要参数：主塔为30块理论板,回流比为3．侧线精馏段为10块理论板,回流比为2,垂直隔壁位于塔内18块板到28块板之间。在此参数下．可得到质量分数99．92％的无水异丙醇;比较了2种流程的液相组成、温度及汽液相流量的变化。模拟结果表明：隔壁塔萃取精馏新工艺可以节省再沸器能耗15．6％．冷凝器能耗15.4％,能有效降低运行费用。     

渗透汽化-隔壁塔精馏耦合初步分离费托合成水的过程研究

费托合成水中含有醇、酮、酸等多种高附加值含氧有机物可提取出来作为高附加值产品,但由于费托合成水处量大,共沸体系复杂,通常需要首先对其进行初步分离。设计了直接两塔精馏、渗透汽化-两塔精馏、直接隔壁塔精馏、渗透汽化-隔壁塔精馏四种可供选择的初步分离工艺。根据渗透汽化实验数据在Aspen Plus中构建渗透汽化过程模型并进行模拟,结合灵敏度分析得到精馏过程的最佳工艺参数和模拟结果,并对四种工艺的能耗和有效能损失进行对比。结果表明,渗透汽化-隔壁塔精馏工艺具有明显的节能优势,其能耗较直接两塔精馏可降低15.85%,有效能损失降低45.74%。经渗透汽化膜预浓缩后,溶液的浓度可进入隔壁塔的适宜分离浓度区间,以充分发挥隔壁塔优势。由于渗透汽化所需能量可由余热等低品位热源提供,在余热充足的煤化工领域中可显著降低有效能损失。对于该过程而言,当渗透汽化膜价格低于438元/m²时,渗透汽化-隔壁塔精馏耦合工艺将会表现出较高的经济性。     

费托合成柴油分离正十二烷隔壁塔设计与优化

在流程模拟软件PRO Ⅱ中建立费托合成柴油分离C_(12)H_(26)双塔模拟流程和DWC模拟流程。在满足纯度要求的前提下,对双塔流程进行了优化。然后在保证相同纯度前提下利用DWC模型分析了气液相分配比、主塔理论板数、预分离段板数、隔板位置对DWC能耗的影响,最后以能耗和塔板数为目标对DWC和传统流程进行了对比。结果表明,DWC结构相比双塔流程具有明显的节能优势,加热负荷减少14. 39%,冷却负荷减少20. 45%。同时还研究了进料组成变化对DWC性能的影响。     

反应精馏隔壁塔合成氯乙酸甲酯的研究

以反应精馏隔壁塔工艺替代常规反应精馏工艺合成氯乙酸甲酯,并对反应精馏隔壁塔工艺流程进行优化,考察了进料位置、进料量、回流比、FS气相分配比等对产品质量分数和能耗的影响,并得出优化后的各操作参数。在此操作参数下,隔壁反应精馏塔的产品质量分数达到99. 98%,与常规反应精馏工艺相比节约能耗19. 6%。     

用分隔壁精馏塔分离三组分混合物的节能研究

为了比较分隔壁精馏塔与常规精馏流程能耗,确定其应用范围,采用Aspen plus软件中的精馏严格模型,对2种常规精馏流程和3种分隔壁精馏塔进行模拟计算,比较了各种分隔壁精馏塔序的节能效果。结果表明,中间组分的摩尔分数越高,分隔壁精馏塔的节能效果越好,分隔壁精馏塔可用于分离中间组分摩尔分数较高的混合物,且适于分离指数在0.61至2.1之间的物系。分隔壁侧线精馏塔适用于分离指数≥1、轻组分摩尔分数较高的混合物。分隔壁侧线提馏塔适于重组分摩尔分数较高的混合物。     

Control and optimization of the divided wall column

The divided wall column (DWC) is, in terms of capital costs and energy savings, a promising alternative for separating ternary mixtures. Since its design was proposed, almost 50 years ago, many authors have addressed design considerations. Operation and control of the DWC have received much less attention. However, some works have been published recently. Preliminary results reported indicate that feedback diagonal control structures may be used to control the DWC. In this work, the study of feedback diagonal control strategies has been further extended to consider the DWC control design in detail. Different control structures have been systematically analyzed and compared under performance and robustness considerations. In order to study the effect of the energy optimization on the controllability of the DWC, a column at optimal nominal operating conditions is compared to a column under non-optimal operation. Finally, a complete control strategy is proposed. Linear analysis tools are used for the multiple input multiple output (MIMO) feedback control analysis, and simulations using a non-linear model are performed to study the non-linear behavior of the control systems.     

分壁式精馏塔精制丁二烯流程模拟

丁二烯是一种重要的石油化工烯烃原料,由于其生产过程能耗高,因此节能降耗成为丁二烯生产工艺的研究热点。利用Aspen Plus模拟软件对丁二烯精制工艺的两套流程进行了模拟研究,考察了分壁式精馏塔(DWC)中内部互连物流连接位置、预分离塔气液相流量和回流比对分离效果和热负荷的影响,对比了相同分离条件下DWC分离流程和传统顺序分离流程的能耗,并根据两套分离流程中塔内液相丁二烯浓度分布情况,分析DWC的节能原因。结果表明,当主塔理论板数105,预分离塔理论板数56,进入预分离塔气相流量1020kmol/h,液相流量890kmol/h,回流比7800时,DWC分离效果最好,丁二烯质量分数可达99.7%,这为DWC精制丁二烯工艺的工业化提供了理论依据。由于DWC有效减少了精馏过程中的返混效应,提高了能量利用率,使其冷凝器可节能29.36%,再沸器可节能29.19%,存在明显的节能优势。     

隔离壁精馏塔萃取精馏制无水叔丁醇研究

用隔离壁精馏塔萃取精馏制无水叔丁醇,在溶剂比为1.5,回流比为2∶1,叔丁醇原料进料速度为1.7 mL/min时,塔顶叔丁醇的质量分数达到99.6%;塔釜乙二醇的质量分数达到97.7%,可直接作萃取剂循环利用。用AspenPlus对该工艺和二塔萃取精馏工艺对比,结果与实验相一致,塔顶叔丁醇质量分数的相对误差为0.4%,塔釜乙二醇质量分数的相对误差1.3%。结果显示,该工艺比现有工艺省了1个塔、1个再沸器和1个冷凝器,节能27%,降低了能耗和设备投资。     

隔板塔气体调配装置数值模拟及实验研究

针对隔板塔中隔板两侧气体分配比难以调节的问题,提出了一种新型隔板塔气体调配装置。利用计算流体力学软件STAR-CCM+对该装置的性能进行了模拟分析,并经实验研究对模拟结果进行验证;对不同塔径下升气槽个数进行了模拟研究。结果表明:该气体调配装置能够有效地调节气体在隔板两侧的分配,并且气体通过该装置后分布较均匀,成功实现了气相在隔板塔内的分配控制,实验结果和模型模拟值符合良好。     

Energy saving in a crude distillation unit with a divided wall column

An energy-efficient crude distillation unit (CDU) with a divided wall column was introduced to evaluate its performance compared to the conventional CDU. The large energy demand of the CDU in the United States—equivalent to more than a half of biofuel produced—was reduced by applying a divided wall column to the unit also known as the energy-efficient distillation column. The divided wall column lowers mixing at feed tray and raises the thermodynamic efficiency of the CDU. The performance evaluation of the proposed unit indicates that the unit saves 37% of heat supply over the conventional unit and cooling by 17%. The economic analysis shows a 9% of investment saving and a 26% decrease in the utility cost from the proposed unit. The thermodynamic efficiency of the proposed CDU is improved by 8%. The modification of conventional CDU was minimal, suggesting an easy revamping of the current conventional CDUs.     

乙酰丙酸乙酯的反应精馏模型及隔壁塔节能优化设计

乙酰丙酸乙酯是一种潜在的生物质基平台化合物,在工业上具有很高的应用价值。乙酰丙酸乙酯传统的生产方法主要为间歇反应法,效率较低,产物分离困难且工艺流程较长。因此,本文提出了反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯,在以中试实验结果为依据的基础上,使用Aspen Plus模拟软件建立了工艺流程,并考察了回流比、进料位置、进料摩尔比以及理论塔板数等关键参数,得到了常规单塔反应精馏工艺生产乙酰丙酸乙酯的最优配置。而后,为了得到纯度大于99.9%的乙酰丙酸乙酯,本文进一步提出了反应精馏双塔精制流程以及反应精馏隔壁塔流程,并通过对两种流程所得到的产品纯度以及能耗的对比,验证了反应精馏隔壁塔工艺生产乙酰丙酸乙酯的有效性以及在节能方面较大的优势。     

基于在线Kriging模型的隔板塔优化方法

隔板塔是一种新型的精馏节能技术,但其优化设计属于混合整数非线性规划问题,优化求解困难。本文提出在线Kriging代理模型优化方法,将其应用于隔板塔年度总费用优化。与传统离线代理模型相比,本文方法采用少量的隔板塔严格模拟数据点,即可得到优化问题的最优解。计算表明,较传统离线代理模型,本文提出的在线代理模型显示了更高的准确性和有效性,可以克服传统离线代理模型优化耗时、计算量大的缺点。