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%。     

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%。     

能量集成常减压系统的简捷模型及优化

针对常减压装置,提出基于Fenske-Underwood-Gilliland方程和焓衡算的简捷模型对现有的常减压系统复杂塔进行操作型计算和优化,并利用夹点分析确定系统的热回收目标。以常减压系统的年净利润最大为目标,同时考虑系统的产品收益和能量集成,建立了基于PSO随机粒子群算法的优化方法。以现有的常减压装置为算例,得到了年净利润最大条件下的各工艺参数。通过与严格模拟对比,表明常减压系统简捷模型能够得到较准确的计算结果。     

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乙醇-乙腈混合物

以乙醇-乙腈混合物为对象,研究了该体系在实验压力范围内的共沸组成,分析了采用变压精馏工艺分离精制乙醇和乙腈的可行性。通过比较实验压力范围内（101~500 kPa）体系的共沸组成与Aspen Plus模拟软件中计算的体系共沸组成,选择了适合的物性方法。在实验装置上进行了变压精馏法分离精制乙醇、乙腈混合物的实验,重点考察了不同回流比对分离效果的影响,得到了质量分数大于99.5%的乙醇和乙腈产品。 应用Aspen Plus模拟软件对乙醇-乙腈体系的热集成变压精馏过程进行了模拟计算,对比了热集成变压精馏与传统变压精馏的能耗,发现热集成变压精馏节能达35%。     

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。     

热集成变压精馏分离水-异丙醇-二异丙胺的工艺模拟

在分析水-异丙醇-二异丙胺体系共沸特性的基础上,提出了热集成变压精馏工艺. 采用UNIQUAC-RK方程计算气液相平衡数据,并利用实验数据在模拟压力范围内(0.004~1.0 MPa)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严格精馏模型,对提出的热集成变压精馏工艺进行过程模拟与参数优化. 得到了热集成变压精馏分离水-异丙醇-二异丙胺体系的最佳工艺参数、塔内气液浓度分布及精馏塔设备参数等,并通过实验对模拟结果进行验证. 结果表明,热集成变压精馏工艺比常规的变压精馏工艺约节能34.3%.     

基于遗传规划的复杂精馏系统综合

提出了基于遗传规划的复杂精馏系统的综合方法.针对复杂精馏系统特点并结合化工领域知识,对遗传算子进行了改进,给出了一套独特的编码方法和求解策略.算法利用层次化结构来直观地表达复杂分离流程,同时解决了其他随机算法编码在表达精馏过程时的歧意性问题.在不必给定精馏系统超结构的情况下,能够完成可行域的自动搜寻.实例计算表明,基于遗传规划的综合策略可以用于求解复杂精馏系统的最优综合问题,实现了包括侧线塔、完全热偶塔及同时考虑热集成的各种复杂精馏结构的自动搜索寻优.     

最小有效能损耗的多组分精馏流程优化设计

提出了以有效能损耗最小为目标、同时又考虑热集成的多组分复杂精馏塔序列优化设计新策略。该复杂精馏塔模型:1股进料、2股出料,每块理论板上均可有中间冷凝器或再沸器。复杂精馏过程的设计步骤是:①根据过程有效能最小确定优化塔序列;②对每个塔优化设计出含中间换热器的复杂塔;③考虑多效且允许热集成的复杂精馏流程,以塔压为决策变量,以精馏过程有效能损耗最小为目标,建立并优化设计出一个热集成的复杂精馏流程。一个3组分精馏过程的例子表明所提策略简单有效,可用来指导多组分精馏过程的优化设计。     

变压-塔顶蒸汽再压缩精馏分离甲苯-正丁醇体系优化工艺

针对变压精馏分离甲苯-正丁醇的高能耗问题,采用塔顶蒸汽再压缩热泵技术对变压精馏进行改造。利用Aspen Plus流程模拟软件,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,利用序贯迭代法确定变压精馏、变压-塔顶蒸汽压缩式热泵精馏的最优工艺参数。从节能和经济的角度对工艺进行评价,结果表明:变压-塔顶蒸汽压缩式热泵精馏更具有优势。     

Modeling and analysis of conventional and heat‐integrated distillation columns

A generic model that can cover diabatic and adiabatic distillation column configurations is presented, with the aim of providing a consistent basis for comparison of alternative distillation column technologies. Both a static and a dynamic formulation of the model, together with a model catalogue consisting of the conventional, the heat‐integrated and the mechanical vapor recompression distillation columns are presented. The solution procedure of the model is outlined and illustrated in three case studies. One case study being a benchmark study demonstrating the size of the model and the static properties of two different heat‐integrated distillation column (HIDiC) schemes and the mechanical vapor recompression column. The second case study exemplifies the difference between a HIDiC and a conventional distillation column in the composition profiles within a multicomponent separation, whereas the last case study demonstrates the difference in available dynamic models for the HIDiC and the proposed model. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 4251–4263, 2015     

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。     

甲醇精馏热焓控制设计及Aspen实现

对甲醇精馏塔塔釜进行热焓控制方案设计并通过Aspen软件仿真验证。首先介绍了甲醇三塔精馏工艺背景,根据实际项目的工艺条件,精馏塔底部采用双换热器作为再沸器的特点,进行热焓控制方案的设计,然后,利用Aspen软件仿真,以出料杂质乙二醚的含量为参考标准,通过与甲醇精馏塔塔釜常规温度控制的对比验证了本控制方案中热焓控制的优势,在面对实际工况下常规的流量和组分变化扰动时,产品质量能达到工业生产的要求,具有一定的实际意义。     

丙烷脱氢反应气分离提纯丙烯和氢气过程严格模拟与能效评估

丙烷脱氢(PDH)是生产丙烯产品的重要方式之一,丙烷脱氢反应气组分复杂,为获得聚合级丙烯和纯度不小于99.90 mol/mol的氢气产品,在Aspen软件中对丙烷脱氢反应气分离和富氢尾气回收氢气的过程进行建模和模拟,分离过程包括醇胺脱碳、压缩深冷、脱乙烷、丙烯精馏和变压吸附单元。为了合理利用丙烯精馏塔的能量,对丙烯精馏塔进行能量集成,采用变压吸附工艺回收氢气并对分离过程工艺参数进行灵敏度分析及优化工艺参数,以提高经济性和能效。模拟结果可得到符合要求的丙烯和氢气产品,单位产品能耗分别为267.46 kg标准油/t丙烯产品,474.44 kg标准油/t氢气产品。