反应精馏隔壁塔提纯乳酸工艺研究

以反应精馏隔壁塔替换传统的反应精馏塔,形成了新型双向反应精馏隔壁塔提纯乳酸工艺,并通过灵敏度分析和遗传算法对工艺流程进行了优化,优化后的反应精馏隔壁塔工艺与传统反应精馏工艺相比年度总费用减少10.15%,CO₂排放速率降低31.75%,乳酸收率提升4.68%。     

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。     

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%。     

反应精馏隔壁塔的模拟研究

以乙酸甲酯酯转换体系为例提出了一种反应精馏隔壁塔的设计和优化方法,应用该方法可将常规双塔反应精馏序列转化为反应精馏隔壁塔并保证各操作参数的最优值.首先通过在反应精馏塔与甲醇塔之间交换汽液相物流来实现反应精馏隔壁塔的简捷设计;然后利用Aspen Plus模拟软件,对常规反应精馏序列和反应精馏隔壁塔进行了模拟分析;最终以2...     

反应精馏隔壁塔内合成乙酸甲酯的模拟

提出了一种应用反应精馏隔壁塔合成乙酸甲酯的新工艺流程,采用反应精馏隔壁塔替代常规反应精馏流程中的反应精馏塔及甲醇回收塔。利用Aspen Plus模拟软件,对反应精馏隔壁塔及常规流程进行了模拟,比较分析了两种流程塔内液相组成分布,并分析了塔顶回流比与气相分配比对反应精馏隔壁塔的影响。结果显示新流程可以节能11.9%,并能降低设备投资费用和操作费用。     

反应精馏隔壁塔制甲缩醛过程模拟与分析

甲缩醛（methylal）是一种重要的化工基本原料，广泛应用于化工中间体、溶剂、涂料及燃料添加剂等的生产中。目前，反应精馏技术是用于以甲醇和甲醛为原料制取甲缩醛的主要方法。利用Aspen Plus过程模拟软件模拟了常规的双进料甲缩醛反应精馏工艺流程，同时提出并模拟了反应精馏隔壁塔（RDWC）工艺制备甲缩醛的流程，通过对比来探究RDWC流程的优越性。结果表明，采用RDWC制备甲缩醛可避免中间组分在塔内的返混效应，同时可使年度总费用降低8.09%，显著提高过程的经济性。     

反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯的优化与控制

对反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯过程进行了模拟、优化与控制的系统研究。利用Aspen Plus软件模拟乙酸甲酯与正丁醇的酯交换反应过程,以年总费用(TAC)为目标函数进行过程优化,通过稳态敏感性分析及相对增益矩阵(RGA)判据得到不同的操纵变量与控制变量匹配关系,以此为基础,在Aspen Dynamics平台建立了若干控制结构并进行分析对比。结果表明,利用两股反应物呈比例进料可较为有效地抵抗进料扰动,最后提出的无再沸器热负荷与混合物进料量比值(Qr/F)控制的改进控制结构CS3,在降低反应精馏隔壁塔控制过程超调量方面有较大的优越性。     

反应精馏生产乙酸正丁酯分析与优化

使用了Aspen Plus11.1模拟正丁醇与乙酸反应精馏生成乙酸正丁酯的反应精馏过程,对进料温度、回流比和进料位置进行了优化分析,得到了最佳工艺参数:进料温度常温;回流比为1;进料位置为第六块塔板。另外,模拟得到了反应精馏塔的温度和浓度分布,为指导乙酸正丁酯的工业生产提供了理论参考。     

反应精馏隔壁塔应用于酯转换过程的研究

提出了一种应用反应精馏隔壁塔把乙酸甲酯废液处理成乙酸正丁酯的新工艺流程,即采用反应精馏隔壁塔替代常规流程中的反应精馏塔及甲醇回收塔。利用Aspen Plus模拟软件对反应精馏隔壁塔及常规流程进行了模拟,考察了进料位置、反应段位置及高度、耦合位置等结构参数对反应精馏隔壁塔的影响,并在保证产品纯度的前提下对反应精馏隔壁塔进行了最优化分析。分析结果显示反应精馏隔壁塔可以节能17.34%,并能有效降低设备投资费用和操作费用。     

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。     

Enzymatic catalyzed reactive dividing wall column: Experiments and model validation

A novel process for the integration of chemical reaction and product separation is proposed: the enzymatic catalyzed reactive dividing wall column (eRDWC). The eRDWC combines the highly integrated and complex reactive dividing wall column (RDWC) with the use of a very selective enzymatic catalyst. This apparatus enables the simultaneous production and separation of up to 4 pure product streams. Comprehensive experiments with the reference system of a hexanol and butyl acetate transesterification in a DN 65 pilot scale column show the feasibility of stable steady state operations for this process. A rigorous model for the plant design of an eRDWC wall column is developed. The reaction kinetics and vapor‐liquid‐equilibria for the reference system are measured and implemented in the model. The model is successfully validated using the acquired experimental data. The application of enzymes in continuous reactive distillation processes has the potential to increase the selectivity at milder process conditions. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 2198–2211, 2017     

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。     

Control of reactive dividing wall column for selective hydrogenation and separation of C3 stream

In our previous work, the reactive dividing wall column (RDWC) was proposed and proved to be effective for selective hydrogenation and separation of C3 stream. In the present paper, the dynamics and control of the proposed RDWC are investigated. Four control structures including composition and temperature controls are proposed. The feed forward controllers are employed in the four control strategies to shorten the dynamic response time, reduce the maximum deviations and offer an immediate adjustment. The control structures are compared by applying them into the RDWC system with 20% disturbances in both the feed flow rate and the feed compositions, and the results are discussed.     

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。     

气相进料对隔板精馏塔优化设计的影响

隔板精馏塔（DWC）在节能和节省设备投资方面具有十分突出的优势,隔板精馏塔中隔板位置是重要的设计变量,影响分离效果及能耗,当进料中含有气相时这种影响更加显著。选用苯、甲苯和对二甲苯三元物系,研究了进料的气相分率对隔板位置的影响并确定最优隔板位置。采用严格模拟方法,以年度总费用（TAC）为评价指标,比较不同进料气相分率下隔板塔的经济性,其中气相进料较液相进料TAC最高可节省23.33%。并通过灵敏度分析展示了在进料中含有气相时确定最优隔板位置的重要性。     

气相进料对隔板精馏塔优化设计的影响

隔板精馏塔（DWC）在节能和节省设备投资方面具有十分突出的优势,隔板精馏塔中隔板位置是重要的设计变量,影响分离效果及能耗,当进料中含有气相时这种影响更加显著。选用苯、甲苯和对二甲苯三元物系,研究了进料的气相分率对隔板位置的影响并确定最优隔板位置。采用严格模拟方法,以年度总费用（TAC）为评价指标,比较不同进料气相分率下隔板塔的经济性,其中气相进料较液相进料TAC最高可节省23.33%。并通过灵敏度分析展示了在进料中含有气相时确定最优隔板位置的重要性。     

Nonlinear model predictive control for dividing wall columns

Dividing wall columns (DWCs) are practical, effective, and promising among distillation process intensification technologies. Nonlinear model predictive control (NMPC) schemes are developed in this study to control the three-product DWCs. As these systems are intensely interactive and highly nonlinear, NMPC may be more suitable than the traditional PI control. The model is established based on Python and Pyomo platforms. As the original mathematical model of the column section is ill-posed, index reduction is used to avoid a high-index differential-algebraic equation (DAE) system. The well-posed index-1 system after index reduction is employed for the steady-state simulation and dynamic control in this study. Case studies with three DWC configurations to separate the mixture of ethanol (A), n-propanol (B), and n-butanol (C) show that the NMPC performs very well with small maximum deviations and short settling times. This demonstrates that the NMPC is a feasible and very effective scheme to control three-product DWCs.