热集成变压精馏分离乙醇-甲苯体系的过程模拟和优化

由于乙醇-甲苯体系为压力敏感体系,本文提出了热集成变压精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的工艺方法,并通过实验数据验证了NRTL模型对模拟分离该体系的适用性。利用Aspen模拟软件,以NRTL方程为物性计算模拟,以乙醇和甲苯的纯度为约束变量,分离过程能耗最低为目标函数,采用优化分析,得到了模拟的优化参数,并通过模拟计算,制取了纯度不低于99.9%的甲苯和乙醇产品,收率达到99.9%以上。用高压塔的塔顶气相潜热作为常压塔再沸器热源的热集成变压精馏,与两塔均采用外界蒸汽供热的传统变压精馏方式相比,节能高达49%。     

变压精馏分离丙酮和环己烷的动态特性

基于丙酮-环己烷共沸体系的压力敏感性,利用Aspen Plus软件,以年度总费用(TAC)最小为目标函数对常规、部分及完全热集成变压精馏工艺进行稳态模拟与优化,并以经济最优的完全热集成变压精馏工艺为基础,借助Aspen Plus Dynamics软件建立多种不同控制结构,通过改变进料流量和进料组成考察了控制结构的有效性,并提出塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构。稳态模拟与优化结果表明,常规、部分和完全热集成三种工艺的最小TAC分别为3.64×105, 2.83×105, 2.76×105 $/y,经济最优工艺为完全热集成变压精馏。动态响应结果表明固定回流量/进料量控制结构在响应时间方面优于固定回流比控制结构,但产品纯度未达到设计值99.9wt%;而塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构能够有效保证产品纯度在99.9wt%及以上。     

热集成变压精馏分离甲苯-异丙醇的模拟

甲苯-异丙醇混合物的共沸组成对压力较为敏感,为此提出了热集成变压精馏工艺分离该共沸物.利用ASPEN PLUS化工模拟软件,以修正的WILSON活度系数方程作为物性计算模型,以甲苯和异丙醇的纯度作为约束变量,以分离过程能耗最低为目标函数,对主要工艺参数进行了模拟优化,得到了热集成变压精馏分离甲苯-异丙醇体系的最佳工艺操...     

热集成变压精馏分离吡啶-水的控制研究

对于吡啶-水的分离,与传统的变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更加节能经济,进料流量为3 000 kg/h时,可以节约能耗43.52%,节省年度总费用40.70%。为了将该工艺应用在实际生产中,必须解决其控制的问题。在最优设计基础上,提出2种基于PI控制器的控制结构,并采用动态模拟软件Aspen Dynamics检验了存在进料流量和进料组成干扰情况下控制结构的有效性。模拟结果表明:扰动存在时,由于基本控制结构CS1中二塔均存在压力效应,并且控温板温度稳定在设定值,导致水和吡啶产品质量存在较大稳态余差。进而,在CS1基础上引入温差控制策略和压力补偿温度控制策略,提出一种改进的控制结构CS2。模拟结果显示,针对相同的进料流量和进料组成扰动,控制结构CS2的动态控制性能显著提高,产品质量的稳态余差均较小。     

Feasibility of new pressure swing batch distillation methods

The pressure swing distillation in different batch column configurations is investigated by feasibility study and rigorous simulation calculations. Besides studying the well known batch configurations (rectifier, stripper, middle vessel column) we also suggest two novel configurations such as double column batch rectifier (DCBR) and double column batch stripper (DCBS). The alternate application of a batch rectifier and a batch stripper is also studied. The feasibility method is based on the assumption of maximal separation. The results of the feasibility studies are verified by rigorous simulations based on less simplifying assumptions. The calculations are made by a professional dynamic flow-sheet simulator for the separation of a minimum (ethanol–toluene) and a maximum boiling (water–ethylene-diamine) azeotropic mixture. The different column configurations are compared. The DCBS (for the separation of the minimum azeotrope) and the DCBR (for the maximum azeotrope) showed several advantages (e.g. only one production step without pressure change, lower energy consumption) compared with the other configurations.     

热集成变压精馏乙二醇脱水系统的控制方案优化

针对热集成变压精馏乙二醇脱水再生系统存在的操作不稳定等问题,基于Aspen Plus和Aspen Dynamics软件,在全流程稳态模拟的基础上,对其进行了动态模拟及控制方案优化。设计了改进型控制方案CS2,与常规控制方案CS1相比,两个塔的操作压力的控制回路是相互独立的,高压塔的塔釜液位由再沸器的导热油流量控制,低压塔的塔釜温度由塔釜的采出流量控制,再分别对进料流量和进料组成中乙二醇含量的阶跃变动的动态响应特性进行分析。结果表明,控制方案CS1基本能够抵抗进料流量和进料组成扰动对系统的影响,但相关控制响应会出现一定的滞后性,难以保证产品满足要求。改进的控制方案CS2对相同的进料流量和进料组成扰动有更好的抵抗能力,控制性能显著提高,保证乙二醇的质量分数不低88%,趋于稳定时产品质量变化幅度小于2%,且该方案在实际应用中涉及到的操作相对简单。本文为相关双塔耦合过程的稳定控制提供了一种新思路,对于双塔耦合在其他体系的工程应用也有借鉴作用。     

Reactive pressure swing batch distillation by a new double column system

Ethyl-acetate is generally produced by the esterification reaction of ethanol with acetic-acid. Since the reaction is equilibrium-limited, the use of reactive distillation is an attractive option. A new double-column system is suggested for ethyl-acetate production by applying reactive pressure swing batch distillation. The system was investigated by a feasibility study based on the analysis of reactive and non-reactive residue curve maps. Two different process options were found to be feasible. In the first option, the reactive column operates at the lower pressure (1.01 bar), and the non-reactive column that removes ethyl-acetate from the system operates at the higher pressure (10 bar). The second option allows the reactive column to operate at the higher pressure (10 bar), and the non-reactive column removes water at the lower pressure (1.01 bar). The first process option was studied by rigorous simulation based on less simplifying assumptions using a professional dynamic simulator. The influence of the most important operation parameters was also studied.     

不同热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸物的优化与控制

基于变压精馏分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系两塔的温差,利用Aspen Plus软件,以年度总成本最小为目标函数,对部分及完全热集成变压精馏工艺进行了稳态模拟及优化。在此基础上,利用Aspen Dynamics软件开发了多种控制结构,通过引入不同进料流量及组成的扰动测试控制结构的有效性。结果表明,完全热集成变压精馏工艺比部分热集成变压精馏工艺的经济性稍好。动态响应结果表明,部分热集成变压精馏工艺的压力?补偿温度控制结构可有效处理不同程度的干扰,能有效提高控制结构对干扰的响应速度,缩短达到新稳态的时间,保证乙酸乙酯和正己烷产品纯度在99.9wt%之上;而完全热集成变压精馏工艺的组分?温度串级控制结构仅能处理较小的组分和流量干扰,实现稳健控制,无法处理较大的干扰。综合比较两种工艺的经济性和可控性,认为部分热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系优于完全热集成变压精馏工艺。     

乙醇-苯混合物变压精馏的稳态模拟及优化

本文采用UNIFAC模型计算乙醇-苯混合物的汽液平衡数据,应用SRK状态方程计算汽、液相的焓值,对乙醇-苯混合物变压精馏(PSD-Pressure Swing Distillation)流程进行了稳态模拟和优化,得到了各物料流的温度、压强、流量和组成以及精馏塔理论板上的温度分布、液相流量分布和组成分布以及冷凝器和再沸器的热负荷。     

基于分割式热泵的2-甲氧基乙醇-水精馏工艺模拟

基于2-甲氧基乙醇-水体系的共沸特性,应用分割式热泵精馏用于该体系的分离。采用UNIQUAC方程计算该体系的相平衡数据,并利用实验数据对UNIQUAC方程中的二元交互作用参数进行修正。利用Aspen Plus过程模拟软件中的Radfrac精馏模型和Compr等熵压缩模型,以年总费用最小为目标函数,对提出的分割式热泵精馏工艺进行了模拟与优化,得到了合适的工艺参数,如分割点摩尔分数为x(H2O)=0.17、压缩机进气量为6.16 t/h等关键工艺变量。模拟结果表明,与常规热泵精馏工艺相比,分割式热泵精馏工艺的年总费用可节约34.4%,操作费用可节约36.3%。     

萃取精馏分离异丙醇-水共沸体系的模拟与优化

对异丙醇-水共沸体系的萃取精馏过程进行模拟与优化。以乙二醇为萃取剂,基于UNIFAC模型,使用Aspen Plus化工模拟软件中的RadFrac模块进行萃取精馏模拟,并利用灵敏度分析模块对各工艺参数进行灵敏度分析与优化。结果表明,以乙二醇做萃取剂分离异丙醇-水共沸体系是可行的。对于处理流量5000kg·h-1的异丙醇-水共沸溶液,精馏塔具有22块塔板时,原料进料位置在第16块塔板,萃取液进料位置在第3块塔板,摩尔回流比为1.4,萃取剂与原料的进料比为2∶1,塔顶异丙醇质量分数可达0.9981,萃取精馏塔的分离效果和热负荷达到最优。模拟和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。     

动态法筛选萃取精馏分离乙酸丁酯-丁醇-水共沸物的溶剂

采用基于改进UNIFAC模型的动态法对萃取精馏法分离乙酸丁酯-丁醇-水共沸物的萃取剂进行了计算机高通量筛选,根据适宜萃取剂选取原则和计算结果,经综合考虑选出较好的萃取剂为甲醇、乙醇、环氧乙烷。选取乙醇进行实验验证,测定了乙酸丁酯-丁醇-水-乙醇体系的部分汽液平衡实验数据;泡点温度tb、加入溶剂后平衡汽相组成的计算值与实验值吻合良好;以乙醇作为萃取剂具有热负荷小、毒性低和热稳定性好的优点。结果表明,采用基于改进UNIFAC模型的动态法筛选萃取精馏法的溶剂具有良好的可靠性和适用性,可以极大地节省人力、物力和财力。     

带共沸的乙醇/乙酸乙酯/2-丁酮三元物系变压精馏分离过程及其参数优化

提出了一种带两股循环的三塔变压精馏结构用于分离乙醇（C₂H₅OH）/乙酸乙酯（C₄H₈O₂-3）/2-丁酮（C₄H₈O-3）三元混合物。由该三元混合物的剩余曲线图（RCM）可知,在大气压下该混合物的每一对组元均形成二元最低共沸物,且乙醇/乙酸乙酯二元共沸物组成随压力变化敏感。三个最低共沸物的同时存在形成了精馏边界线夹紧点现象,而通常压力下的精馏塔无法跨越,以至于传统变压精馏无法应用。通过对精馏塔压力的最优化克服了这一困难,提出了新的分离流程,并对过程进行严格稳态模拟。针对初分塔（T1）塔压不同的6种流程,采用序贯迭代法对各塔的塔板数、进料板位置、回流比等参数进行了优化。通过对比6种流程的经济评价和比较,得到了T1塔的最优压力,并经过能量集成使得过程的年度总费用降低了14.88%。     

Conceptual design of an extractive distillation process for the separation of azeotropic mixture of n-butanol-isobutanol-water

In many chemical processes, large amounts of wastewater containing butanol and isobutanol are produced. Given that n-butanol-isobutanol-water can form triple azeotrope, high-purity butanol cannot be recovered from the wastewater by ordinary distillation. To economically and effectively recover butanol from this kind of wastewater, 1,4-butanediol is selected as an extractant to break the formation of the azeotropes, and a doubleeffect extractive distillation process is proposed. The conceptual design of the proposed process is accomplished based on process simulation. With the proposed process, the purity of recovered butanol and water is greater than 99.99 wt%. In comparison with the conventional azeotropic distillation process, economic analysis shows that the operating cost of the proposed process is lower:when the capacity of wastewater treatment is 100 t·h^-1, the total operating cost decreases by 5.385×10⁶ USD per year, and the total annual cost of the new process decreases by 5.249×10⁶ USD per year. In addition, in the extractive distillation system, variable effects on separation purities and cost are more complex than those in the ordinary distillation system. The method and steps to optimize the key variables of the extractive distillation system are also discussed in this paper and can provide reference for similar studies.     

热集成复杂精馏系统综合的研究

将夹点分析法应用于热集成复杂精馏系统综合的换热网络设计中,避免了以换热网络结构作为独立变量,建立了一个以预分馏塔组分回收率、回流比及操作压力为连续变量,以分离序列和热耦合方式为离散变量的混合整数非线性规划(MINLP)模型。该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数。对多个五组分混合物分离问题进行了求解,并对不同优化方案的优化结果及其经济性作了比较和分析,结果表明采用热集成复杂精馏塔流程可以显著地降低系统的总费用,还表明该方法是求解热集成复杂精馏系统综合问题的有效方法。     

热泵辅助变压精馏分离碳酸二甲酯/甲醇工艺及系统模拟优化

针对传统变压精馏工艺分离碳酸二甲酯（DMC）/甲醇（MeOH）共沸物存在的高能耗问题,提出了基于热泵辅助的改进变压精馏工艺,并探索了不同热泵方案的可行性和经济性。该研究在ASPEN PLUS模拟平台上进行。首先,设计出传统的热集成变压精馏工艺（H-PSD）,并通过塔总组合曲线分析了传统工艺用能瓶颈和工艺改进方向;然后,提出了4种不同型式的热泵辅助的改进工艺,并通过模拟技术取得不同方案的设计参数;最后,采用组合曲线和经济性分析相结合的方法,比较了不同热泵方案的节能效果和经济性。研究表明,各种热泵方案中,基于中间再沸器的蒸汽再压缩式热泵的节能效果及经济性最好。与传统热集成变压精馏比较,过程能耗降低了24.31%,年均操作费用降低了29.43%,年度总成本可降低12.58%,体现了热泵辅助工艺的良好节能效果和经济性。     

基于乙醇压缩的超重力热泵精馏热集成系统性能分析

将超重力精馏塔、单螺杆压缩机与新型热泵工艺技术创新性地相结合,提出超重力热泵精馏的概念。设计并搭建一套处理量为300 kg·h^-1的超重力热泵精馏热集成系统。以乙醇-水溶液为研究对象,使用单螺杆压缩机直接压缩乙醇蒸气。通过对超重力精馏塔不同转动频率的全回流实验和工业条件下系统的不同进料位置、不同回流比实验的研究,综合分析系统各影响参数的变化情况、节能特性和经济效益。结果表明,f_HG在40 Hz下运转时系统性能最佳;进料位置下移或增加回流比,都可提高y_D;如果仅从y_D值大小考虑,F_L03位置最佳;相比于低浓度乙醇-水溶液,处理高浓度优势更大;系统节能及经济效益显著,可为超重力热泵精馏在乙醇精馏的工艺流程选择、设计和应用方面提供理论指导。     

低供热源变压再生脱碳技术在我厂的应用

应用低供热源变压再生脱碳技术 ,首次对以焦炉气和半水煤气为原料的老厂进行改造 ,取得了预期的效果 ,并总结了经验     

混合气组分对CO在稀土复合吸附剂上吸附的影响

采用吸附柱动态实验装置,分别考察了混合气组分H2O、CO2、CH4对稀土复合吸附剂变压吸附CO的影响。实验结果表明,原料气中微量的H2O的存在对稀土复合吸附剂的吸附性能有较大影响,当水质量浓度仅为250mg/L时,CO的变压吸附量下降约35％;与CO相比,CO2在稀土复合吸附剂上为弱吸附组分,但对CO的吸附性能有一定影响,当CO2体积分数为1％时,CO的变压吸附量可维持在12.5 ml/g左右;而CH4的存在对CO在稀土复合吸附剂上的吸附量影响不大。