低共熔溶剂分离异丙醇-水体系的研究

分别以乙二醇和氯化胆碱/乙二醇(摩尔比1∶2)低共熔溶剂为萃取剂,设计萃取精馏和隔壁塔萃取精馏流程,模拟分离异丙醇和水形成的共沸体系。使用Aspen Plus中Sensitivity对2种流程进行参数优化。结果表明:与乙二醇萃取精馏相比,低共熔溶剂用量减少32%,能耗降低8%,年度总费用(TAC)降低8.5%;采用隔壁塔萃取精馏,乙二醇为萃取剂时能耗降低12%,TAC降低9%;低共熔溶剂为萃取剂能耗降低12%,TAC降低15.2%。采用低共熔溶剂的萃取隔壁塔流程节能优势明显。     

低共熔溶剂在乙腈-水体系分离中的应用

分别以乙二醇、氯化胆碱/乙二醇(摩尔比1∶2,DES1)、氯化胆碱/乙醇酸(摩尔比1∶3,DES2)低共熔溶剂为萃取剂,设计萃取精馏和萃取隔壁塔流程,模拟分离乙腈和水形成的共沸体系。使用灵敏度分析对上述流程分别进行了参数优化。结果表明,与乙二醇萃取精馏工艺相比,使用低共熔溶剂DES1不能有效降低能耗和费用;低共熔溶剂DES2用量降低52. 5%,能耗降低81. 9%,操作费用降低12%,年度总费用(TAC)降低53. 8%;采用隔壁塔萃取精馏工艺后,一定程度上都能节能减耗。DES2作为萃取剂的萃取精馏工艺为最优工艺,节能优势明显。     

萃取精馏分离异丙醇-水共沸物的模拟及节能

利用Aspen Plus软件对异丙醇脱水常规萃取精馏流程、带液相侧线抽出萃取精馏流程及带气相侧线抽出萃取精馏流程进行模拟,并以最小年总费用(TAC)为目标对3种工艺进行全局经济优化。结果表明,与常规萃取精馏相比,带液相侧线抽出萃取精馏流程的TAC下降了6.99%,CO_2排放量减少7.85%;带气相侧线抽出萃取精馏流程的TAC降低了7.42%,CO_2排放量减少9.94%。带气相侧线抽出萃取精馏工艺最优操作参数:T-101塔板数为37,回流比为0.96,萃取剂进料量为8 500 kg/h,T-201塔板数为12,回流比为0.2。该研究结果可为异丙醇脱水萃取精馏的设计及节能提供一定的理论依据。     

LTTMS混合物在乙醇-水体系分离中的应用

分别乙二醇和两种低共熔溶剂(氯化胆碱/乙二醇(摩尔比1∶2)、氯化胆碱/乙醇酸(摩尔比1∶3))为萃取剂,设计萃取精馏和隔壁塔萃取精馏流程,模拟分离乙醇和水形成的共沸体系。使用灵敏度分析对上述流程分别进行了参数优化。在优化的基础上,进行了年度费用(TAC)计算。结果表明:采用乙二醇和低共熔溶剂为萃取剂的萃取精馏和隔壁塔萃取精馏均能实现乙醇-水的分离;年度费用结果表明采用氯化胆碱/乙二醇(摩尔比1∶2)的隔壁塔萃取精馏费用最低,为最优工艺。     

离子液体萃取精馏分离甲醇-甲乙酮共沸物的模拟及优化

采用模拟软件Aspen Plus,以离子液体[HMIM][NTf_2]为萃取剂,对甲醇-甲乙酮共沸物的萃取精馏进行了模拟优化。确定了离子液体作为甲醇-甲乙酮萃取精馏萃取剂的可行性,分析考察了萃取精馏塔的塔板数、萃取剂流量、闪蒸罐压力等因素对年总费用TAC的影响,并对流程进行了热集成分析,结果表明,与常规萃取精馏相比,热集成流程的TAC下降了18.7%。     

萃取精馏制取无水乙醇过程不同节能方案的对比

以乙二醇为萃取剂从乙醇-水体系制取无水乙醇产品。基于流程模拟软件,对常规萃取精馏过程以及双效萃取精馏、分割式热泵萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和内部热集成萃取精馏等4种节能工艺进行模拟及优化。设计规定如下:无水乙醇中乙醇质量分数不低于99.5%,回收的萃取剂中乙二醇质量分数不低于99.9%,废水中的质量分数为99.5%以上。在相同的设计基础和设计要求下,获得各流程最优的操作参数,并从节能效果及经济性分析对比4种节能工艺。结果显示:相比于常规萃取精馏过程,虽然内部热集成萃取精馏工艺可将能耗降低14.1%,节能效果最佳,但双效萃取精馏过程总成本最低,年均总成本可降低7.2%,是最具经济性的工艺过程。本研究为乙醇-水体系萃取精馏分离工艺的工业化提供了设计基础和理论依据。     

热泵辅助甲醇精馏工艺优化及分析

以30万t/a煤制甲醇工厂数据为基础，将热泵精馏技术引入甲醇四塔双效精馏工艺，开发了2种热泵强化甲醇精馏流程：外挂覆叠式热泵强化流程和二级压缩热泵强化流程。首先运用Aspen Plus软件对流程进行了工艺模拟，然后以最小年度总费用(TAC)为目标函数，运用网格自适应搜索算法对流程进行了优化，最后分别以年度总费用、碳排放和■效率为经济、环境和能效指标对基础流程和2个热泵强化流程进行了分析和比较。结果显示：2个热泵强化流程的TAC相对于基础流程可分别降低7.49%和23.01%,碳排放减少29.53%和38.37%,而■效率从7.01%提升为7.44%和8.92%,因此，2个热泵强化流程都可以实现明显的节能减排，而外挂覆叠式热泵强化流程更适合旧厂改造，二级压缩热泵强化流程更适合新厂建设。     

基于机械蒸汽再压缩和有机朗肯循环技术的双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水节能工艺

针对双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水三塔分离工艺特性及高能耗特点,把机械蒸汽再压缩(MVR)和有机朗肯循环(ORC)余热发电技术应用于该三塔的优化,提出了带中间再沸器的MVR热泵和ORC耦合MVR热泵两种节能精馏工艺。以年总费用(TAC)为精馏工艺评价指标,净输出功为ORC系统评价指标,采用Aspen Plus软件对提出的节能工艺进行模拟与优化。研究结果表明,就乙酸甲酯回收塔和甲醇回收塔而言,带中间再沸器的MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗分别减少了57.38%和9.66%;TAC分别节省了31.34%和11.69%。而对于溶剂回收塔,带中间预分塔的ORC耦合MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了50.16%,TAC节省了36.13%。就整个萃取精馏系统而言,优化后的精馏工艺比原有双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了45.48%,TAC节省了31.33%。     

双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水工艺模拟

针对乙酸甲酯-甲醇-水体系,在筛选萃取剂的基础上,提出了双溶剂四塔萃取精馏、单溶剂三塔萃取精馏及双溶剂协同萃取精馏3种分离工艺.用Aspen Plus软件模拟萃取精馏过程,并以能耗和年总费用作为评价指标,用SR-Polar方程计算各萃取精馏工艺合适的操作参数和设备参数.结果表明,水和乙二醇是分离该体系较合适的萃取剂,单溶剂三塔萃取精馏工艺较双溶剂四塔萃取精馏工艺优异,能耗减少约37.9%,年总费用降低约38.9%.双溶剂协同萃取精馏工艺比双溶剂四塔萃取精馏工艺和单溶剂三塔萃取精馏工艺能耗分别减少约45.6%和12.4%,年总费用分别降低约43.5%和11.6%.     

单(2-羟乙基)铵甲酸盐离子液体用于乙醇水溶液萃取精馏的过程模拟

利用Aspen Plus模拟软件,模拟研究了由乙醇质量分数为95%的工业酒精通过常压萃取精馏制取无水乙醇的工艺过程,并对单(2-羟乙基)铵甲酸盐离子液体和乙二醇传统萃取剂的分离性能进行了比较分析。考察了原料和萃取剂的进料位置、萃取剂用量、回流比等参数对分离效果的影响,获得了优化的操作条件,即精馏塔塔板数28,原料进料板为第17块,萃取剂进料板为第2块,溶剂比为0.6,摩尔回流比为1.6。在优化操作条件下,塔顶产品中乙醇的质量分数可达99.98%,与乙二醇为萃取剂的传统萃取精馏过程相比,再沸器热负荷降低28%,具有明显的节能效果。     

萃取精馏分离苯/环己烷共沸体系模拟与优化

以糠醛作为萃取剂分别使用常规萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和差压热集成萃取精馏对苯和环己烷体系进行分离研究,使用流程模拟软件Aspen Plus V8.4进行模拟分析,对初步设计的三稳态流程,分别进行灵敏度分析,使用多目标遗传算法对过程进行整体优化以获得最优结构参数。结果表明,隔壁塔萃取精馏和差压热集成萃取精馏相对于常规萃取精馏所需再沸器热负荷可分别减小21.5%和15.7%。对三工艺流程进行经济性分析,发现与常规流程相比,隔壁塔萃取精馏的年总费用下降了6.0%,而差压热集成萃取精馏年总费用增加了50.8%,为萃取精馏分离苯/环己烷共沸体系工业化设计提供了理论依据和设计参考。     

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。     

大温差热敏性体系节能精馏工艺研究

基于乙醛-水-巴豆醛-3-羟基丁醛大温差热敏体系的特点,采用合适的操作压力,控制精馏塔塔内温度,提出了多种节能精馏工艺。使用Aspen Plus流程模拟软件中的Radfrac模块模拟精馏塔,对该体系的常规精馏、带中间冷凝器的精馏以及带中间冷凝器的热集成精馏工艺进行模拟。以年总费用(TAC)和能耗为目标函数,对各种工艺参数进行优化。研究结果表明,与常规精馏工艺相比,带中间冷凝器的精馏工艺TAC节约了10. 35%,能耗相当;带中间冷凝器的热集成精馏工艺TAC节约了28. 78%,能耗节省24. 20%。带中间冷凝器的热集成精馏工艺是分离该体系的一条高效节能的路线。     

乙醇脱水分壁式萃取精馏工艺研究

利用Aspen Plus过程模拟软件,采用乙二醇作萃取剂,模拟研究了分壁式萃取精馏对摩尔分数为82%乙醇溶液脱水的分离过程。建立了分壁式萃取精馏模型,得到了优化的工艺参数,主塔理论板数为11块,精馏段理论板数为5块,回流比为0.10;副塔原料进料位置为第14块板,萃取剂进料位置为第4块板,隔板在副塔第18块板底端,萃取精馏段回流比为0.419,溶剂比为1.1。比较了分壁式萃取精馏和常规双塔2种流程下的能耗。模拟结果表明,采用分壁式萃取精馏,再沸器能耗降低了15%,节能效果明显。     

制取无水叔丁醇的精馏工艺优化和对比

无水叔丁醇是一种重要的化工原料,然而在工业生产过程中会与水形成最低共沸物,难以通过简单精馏的方式获得。基于此,本文提出双塔萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和反应精馏三种精馏工艺来制取高纯度叔丁醇。在双塔和隔壁塔萃取精馏的优化中,利用Aspen Plus软件模拟该分离过程,以年度总费用（TAC）为目标进行过程优化,得到最佳操作参数。在反应精馏塔中,采用环氧乙烷多股进料的方式,环氧乙烷可与水反应并打破叔丁醇/水的共沸平衡最终制得无水叔丁醇。鉴于反应精馏塔的复杂性,对于反应精馏塔的操作参数进行详细的灵敏度分析以确定反应精馏塔在叔丁醇除水的可行性和潜力。模拟结果表明,与双塔萃取精馏相比,隔壁塔萃取精馏虽然能降低能耗但是也会增加6.51%的TAC,因此隔壁塔萃取精馏并不具有经济性;而反应精馏塔则能降低47.69%的能耗和35.36%的TAC,显现出巨大的应用潜力。     

减压逆流多效精馏回收膜工业废水中的DMAC

针对膜工业中所产生的质量分数为5%～15%的N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)废水,提出了分离DMAC废水减压逆流的双效、三效和四效精馏工艺流程。通过实验和Aspen流程模拟对多效精馏的工艺进行了研究。利用响应面法(RSM)对多效流程进行了优化,以最小年度总费用(TAC)为目标函数,确定了回收废水中DMAC最佳方案为减压逆流三效精馏工艺。     

乳酸过量进料反应精馏合成乳酸甲酯研究

针对乳酸与甲醇酯化反应体系中乳酸和甲醇的沸点分别为最高沸点与最低沸点,属于反应精馏设计中最劣沸点序列,导致乳酸甲酯反应精馏过程反应段效率低下的问题,设计了乳酸过量进料的反应精馏合成乳酸甲酯工艺。以年度总费用(TAC)为目标,采用序贯优化法对过程工艺参数进行优化设计,结果表明当乳酸过量比为1.3、反应精馏塔反应塔板数为7块、提馏段塔板数为16块(包括塔底再沸器)时,过程年度总费用达到最小为3.05×10~6 CNY×a~(-1)。相比于等比进料合成乳酸甲酯反应精馏工艺,乳酸过量进料反应精馏工艺能耗降低70.4%,TAC减小51.2%,更具经济效益。     

基于标准挥发度曲线萃取精馏分离乙醇-苯二元共沸物

本文以压敏性共沸物乙醇-苯的分离为例,基于标准挥发度曲线随压力的变化趋势,探究了萃取精馏塔塔压对工艺经济性的影响。通过分析萃取剂对乙醇-苯体系相对挥发度的影响,确定出不同类型的萃取剂1,2-丙二醇和对二甲苯。研究发现不同类型萃取剂下标准挥发度曲线随压力改变有不同的变化趋势。为找出标准挥发度曲线变化趋势与工艺经济性的关系,以最小年度总费用(TAC)为目标函数,对包括萃取精馏塔塔压在内的工艺参数进行优化。研究发现,当1,2-丙二醇为萃取剂时,TAC随压力的降低呈下降趋势,而当对二甲苯为萃取剂时,TAC随压力的升高呈下降趋势。常压下以1,2-丙二醇为萃取剂工艺的经济性优于以对二甲苯为萃取剂的经济性,TAC减少了7.42%。优化压力后,以对二甲苯为萃取剂工艺的TAC反而更小,TAC减少了9.17%。压力的改变导致了萃取剂的选择发生了改变,这为萃取剂的选择提供了新的思路。本文的研究结果表明在减少萃取剂用量、降低TAC、以及选择萃取剂方面,萃取精馏塔塔压有着重要的影响。     

甲醇和三甲氧基硅烷共沸物分离过程模拟和优化

三甲氧基硅烷（trimethoxysilane）是合成功能性有机硅化合物的重要中间体。在以甲醇和硅为原料合成三甲氧基硅烷的工业化生产过程中,过量的甲醇和产物三甲氧基硅烷会形成最高共沸物。本文探究了变压精馏、萃取精馏和隔壁塔萃取精馏三种分离提纯甲醇和三甲氧基硅烷的工艺,以最小年度总费用（TAC）为目标函数,运用混合整数非线性规划（MINLP）对三种流程进行了优化,比较了三种流程的效率和二氧化碳排放量。结果表明,与变压精馏相比,通过隔壁塔萃取精馏分离甲醇与三甲氧基硅烷共沸物具有明显的优势。分离100kmol/h甲醇（摩尔分数50.00%）和三甲氧基硅烷的TAC从198.84万美元/年降低到98.93万美元/年,降幅高达50.25%,效率从8.17%提高到13.82%,二氧化碳排放量从1217.53kg/h减少到684.22kg/h,减少了43.80%。     

乙二醇萃取精馏分离乙醇-四氢呋喃的最优工艺

对乙二醇萃取精馏分离乙醇-四氢呋喃共沸体系的工艺基于年度总费用最小进行了优化设计。采用设计规定与序贯迭代优化程序考察了双塔萃取精馏工艺与三塔萃取精馏工艺的经济性。结果表明,最优方案与原料组成有关,当四氢呋喃摩尔分数小于37%时,采用三塔萃取精馏工艺最优;当四氢呋喃摩尔分数大于37%时,采用双塔萃取精馏工艺最优。