双效精馏分离甲醇和醋酸甲酯工艺模拟

在聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)生产工艺中,醇解反应副产醋酸甲酯,在分离醋酸甲酯时容易形成甲醇和醋酸甲酯共沸体系,不易得到高纯度的醋酸甲酯产品。研究了甲醇和醋酸甲酯形成二元共沸物特性,提出采用双效精馏工艺分离甲醇和醋酸甲酯。利用Aspen Plus软件对分离工艺进行模拟及优化,模拟结果显示较佳的工艺条件:低压塔操作压力35 k Pa(G),塔顶采出量1 500 kg/h,理论板数23,第9块板进料,S6流股第5块板进料,回流比6;高压塔操作压力680 k Pa(G),理论板数19,第7块板进料,回流比3。双效精馏过程中塔底再沸器和塔顶冷凝器节能率分别为27.18%和28.35%。     

变压精馏分离甲醇-丙酮的工艺模拟及优化

采用Aspen Plus软件,以塔釜能耗为目标,以甲醇、丙酮纯度为约束函数,对双效变压精馏分离甲醇-丙酮工艺过程进行模拟。分析了操作压力、理论板数、回流比、进料位置和进料温度等参数对精馏过程的影响。确定了最优工艺参数：减压塔操作压力40 kPa,理论板数37,回流比2.4,进料塔板数26,进料温度25 ℃;常压塔理论板数30,回流比4.2,进料塔板数23。减压塔所得甲醇质量分数为99.0%,常压塔所得丙酮质量分数为99.7%。对比变压精馏和萃取精馏过程,变压精馏更容易得到高纯度丙酮产品,节能约13.4%。模拟结果对工业设计和设备改造具有一定指导意义。     

完全热集成变压精馏分离甲酸和水的模拟

利用Aspen Plus模拟软件对完全热集成变压精馏分离甲酸和水的过程进行了模拟,选用NRTL-HOC物性计算模型,模型的二元交互作用参数通过实验数据进行回归。在完全热集成下,分析了理论板数、回流比及进料位置对产品质量分数和塔釜能耗的影响。确定了较佳工艺条件:减压塔理论板数为34,回流比为7,原料和循环物料进料位置分别为第6和第14块塔板,塔顶甲酸质量分数为0.991;常压塔理论板数为32,回流比为8.6,进料位置为第17块塔板,塔顶水质量分数为0.994。与传统变压精馏比较,完全热集成变压精馏降低加热蒸汽能耗48.6%,冷凝水能耗48.9%,且无需附加再沸器或冷凝器。通过间歇变压精馏实验,验证了工艺的可行性。     

乙腈法抽提丁二烯流程模拟与优化

针对乙腈法抽提丁二烯流程中脱轻脱重单元高能耗问题，提出了隔壁塔热泵精馏新工艺。采用Aspen Plus软件对新工艺进行严格稳态模拟，研究考察了进料位置、隔板位置、分配比、侧线采出位置和压缩机压缩比对产品质量和能耗的影响。优化后的隔壁塔热泵精馏工艺最佳操作条件为：进料位置为第34块理论板，隔板顶部位置为第9块理论板，隔板底部位置为第59块理论板，分配比为0.17,侧线采出位置为第25块理论板，压缩机压缩比为2.24。完成相同的分离任务，脱轻脱重单元新工艺比传统工艺节能58.9%。     

醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化

基于对醋酸甲酯与甲醇二元共沸特性的分析,提出热集成变压精馏分离醋酸甲酯和甲醇的工艺. 利用Aspen Plus软件对该分离过程进行模拟,以NRTL活度系数方程为物性计算方法,其二元相互作用参数由气液相平衡数据回归,分析了加压塔和常压塔的理论板数、进料位置及回流比对分离效果的影响,并进行了能耗比较. 结果表明,该工艺能很好地分离醋酸甲酯和甲醇,较佳的工艺条件为：加压塔操作压力909 kPa,理论板数32,第21块板进料,回流比4.2,塔釜醋酸甲酯纯度99.8%;常压塔操作压力101 kPa,理论板数30,第20块板进料,回流比4.6,塔釜甲醇纯度99.0%. 与常规变压精馏相比,热集成变压精馏可节能达45.8%;与以水为萃取剂的萃取精馏分离工艺相比,热集成变压精馏分离工艺更适合醋酸甲酯与甲醇体系的分离.     

电解法制己二腈回收丙烯腈流程的模拟与优化

采用适合于部分互溶体系的NRTL模型作为精馏模拟计算的物性方法。分析了理论塔板数、进料位置、回流比、塔顶采出量等操作参数对过程的影响,并得出了最佳工艺参数为:采用16块理论塔板,回流比为0.6,第6板进料,塔顶采出量为120kg/h时,可以得到99.2%(质量分数)的丙烯腈。模拟结果可指导工业过程的设计。     

热集成变压分离碳酸二甲酯-甲醇过程模拟

针对常规变压分离碳酸二甲酯和甲醇工艺能耗较高的问题，文中提出了分离该体系的热集成变压精馏新工艺。采用Aspen Plus软件及Wilson物性方法，以年度总费用最小为目标对两塔的塔板数、进料位置、回流比等参数进行了优化，结果为总塔板数常压塔24块，加压塔11块；进料位置为常压塔第6块，加压塔第7块；回流比常压塔为1.5,加压塔为1.2。加压塔塔顶和常压塔塔底的温差为74℃,满足完全热集成的条件。完全热集成变压分离该工艺总能耗成本为0.114×10⁶美元/a,年度总费用为0.185 8×10⁶美元/a,相比于常规变压精馏工艺，完全热集成工艺可节省能耗约46%,年度总费用节省约39.2%。模拟结果表明：碳酸二甲酯和甲醇产品纯度(质量分数)可达到99.5%,满足分离要求。完全热集成变压精馏工艺可以经济、有效地分离该共沸物。     

丙酸甲酯和甲醇共沸物萃取精馏分离工艺的研究

采用萃取精馏工艺对甲醇和丙酸甲酯二元共沸物进行分离,筛选出以苯酚为萃取剂,借助Aspen Plus软件对该过程进行模拟研究,通过单因素优化详细考察了两塔的理论板数、进料位置、回流比以及溶剂比等工艺参数对塔顶产品质量分数和再沸器能耗的影响,确定了较优的工艺参数:萃取精馏塔理论板数32块,待分离原料进料位置第16块,萃取剂进料位置第6块,回流比为1.4,溶剂比为1.3,塔顶甲醇产品质量分数为99.9%;溶剂回收塔理论塔板数24,进料位置第6块,回流比为1.3,塔顶丙酸甲酯产品质量分数为99.9%。在上述模拟优化基础上,进一步通过实验验证了萃取精馏工艺的可行性。最后对某公司5 600 t/a的丙酸甲酯和甲醇混合液进行工程设计,为该二元共沸物的分离提供依据。     

自催化水解反应精馏制草酸工艺

开发了草酸二乙酯水解反应精馏技术制备草酸的工艺过程,研究了塔顶出料量、进料配比、回流比及进料位置等工艺条件对草酸二乙酯转化率的影响,确定较好工艺条件:塔顶采出率0.17—0.20、进料摩尔比:18—24、回流比2—3,草酸二乙酯的转化率可达到97%以上。     

废弃酯类合成润滑油的逆流双效精馏分离回收工艺模拟

基于对废弃酯类合成润滑油的氧化变质成分分析,利用化工流程模拟软件(Aspen Plus)模拟出一种高效分离和回收酯类合成润滑油的工艺。逆流双效精馏分离回收工艺中,液相的非理想性计算采用热力学活度系数模型(NRTL);气相模型采用热力学状态方程(SRK)、蒸汽表状态方程(STEAMNBS),其中,热力学状态方程和蒸汽表状态方程二元相互作用参数由气液相平衡(VLE)数据回归。在变压逆流双效精馏模型中,通过合理调整撕裂流股并为其赋予初值,使循环物料计算收敛。优化分析常压塔(T_1)和加压塔(T_2)的理论塔板数、进料位置及常压塔(T_1)和加压塔(T_2)回流比对分离效果的影响。结果表明:将工艺参数设定为常压塔(T_1)理论塔板数7块,进料位置在第3块塔板,回流比9.8,塔顶温度221℃,全塔压力100kPa;加压塔(T_2)理论塔板数7块,进料位置在第1块塔板,回流进料板数为7块,回流比4.6,塔顶温度293℃,全塔压力150kPa,分离得到的润滑油癸二酸二异辛酯产品质量分数为99.101%,回收率99.587%;与单效精馏相比,逆流双效精馏工艺能耗较低,再沸器和冷凝器热负荷分别降低16.6%和14.5%。     

热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺

粗甲醇精馏的能耗是影响甲醇生产成本的关键因素之一。虽然五塔多效精馏可以降低精馏过程能耗，但仍存在相当的低品位余热未利用，为进一步降低五塔多效精馏工艺的能耗，本研究引入机械蒸汽再压缩式（MVR）热泵，在常压塔提馏段增设辅助再沸器，形成热泵耦合多效甲醇精馏新工艺。基于新工艺的全流程模拟数据，文章利用夹点技术对热泵设置的合理性进行分析，采用能耗、效能系数（COP）和年总成本（TAC）等指标对新工艺过程进行评价。结果表明：热泵耦合多效甲醇精馏新工艺中热泵设置合理，冷负荷为24.7MW，再沸器总热负荷为22.25MW，COP为22.5，相比五塔多效精馏工艺，冷负荷、热负荷以及TAC分别降低33.76%、32.64%和26.97%。热泵耦合多效甲醇精馏新工艺节能效果显著。     

简化外部热耦合双精馏塔的控制与优化

针对具有3个换热器结构的外部热耦合双精馏塔(S-EHIDDiC),提出了一种新型的控制与优化策略。顶部与底部换热器的热负荷能够改变高压精馏塔的回流量和低压精馏塔的上升汽量,因而可以用来控制高压精馏塔塔顶和低压精馏塔塔底的产品质量。这种控制方法与常规精馏塔的LV控制结构相似。S-EHIDDiC还有多余的决策变量(如进料分流比,高压精馏塔塔压和中间换热器的热负荷),可以对稳态操作进行优化。闭环仿真证明了这种控制结构的可行性,稳态优化也提高了系统的热力学效率。     

内部热耦合精馏塔的操作性能与模拟

对同轴式内部热耦合精馏塔的操作性能和节能效果进行了研究,考察了全回流操作条件下,压缩比对回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷的影响。结果表明,随着压缩比的增大,回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷均降低。通过实验数据计算得到了该塔的理论板数和两塔间的传热量,精馏段为9块理论板,提馏段为4块理论板,当压缩比为2.2:1时,两塔间传热量为9.98kW。连续操作条件下,对内部热耦合精馏塔的节能效果进行了分析,通过与常规精馏塔的比较,内部热耦合精馏塔可节约52.3%的冷量,输入的再沸器和压缩机总负荷可节约20.34%。另外,基于实验数据,对该内部热耦合精馏塔进行了动态模拟,经连续操作下的实验验证,该内部热耦合精馏塔可在2h后达到稳定操作。     

外部热耦合技术在BTX分离中的应用

外部热耦合式复合精馏塔将热量从高压塔的精馏段传向低压塔的提馏段,降低了分离操作的不可逆性,从而提高系统的热力学效率,降低系统所需的能耗。目前国内苯/甲苯/二甲苯（BTX）的分离技术仍然与国外先进水平相差很远,主要表现在系统的能耗高、工艺落后等方面。本文将外部热耦合技术应用到苯/甲苯/二甲苯的分离过程中,并用M athem atica软件对系统的设备投资和操作费用进行了仿真计算。结果表明,使用外部热耦合结构,系统节能幅度可达到37.94%,年度总费用降低达18.84%。     

FIBONACCI SEARCH FOR OPTIMAL FEED LOCATION

A Fibonacci search technique is used in conjunction with a rigorous mullicomponenl distillaiion computer module to find the optimal feed location within a section of a distillation column. The function lo be minimized can be one of the following:

*key component ratio difference

*reflux ratio or reboiler ratio

*condenser duty or reboiler duty

This technique has been used successfully in the relocation of feed stages of many existing distillation columns and thus saved energy consumption. We shall describe this technique with a sample problem.     

A novel multi-effect methanol distillation process

Crude methanol distillation is an energy-intensive separation process and contributes significantly to the cost of methanol production. Although a number of energy-efficient distillation systems have been proposed, there is potential for energy savings in methanol distillation. To further reduce the energy consumption of methanol distillation, a novel five-column multi-effect distillation process is proposed in this work, which is essentially an improved version of an existing four-column scheme. The four-column scheme is made up of a pre-run column, a higher-pressure column, an atmospheric column and a recovery column. The new five-column scheme adds a medium-pressure column after the original higher-pressure column. In this way, the load of the original higher-pressure and atmospheric columns can be decreased by about 30%. The five-column arrangement creates a multi-effect distillation configuration involving efficient heat integration between higher-pressure and medium-pressure columns, atmospheric and recovery columns, and recovery and pre-run columns. Steady-state process simulation results indicate that temperature differences at two sides of each heat exchanger are appropriate, allowing effective heat transfer. Economic analysis shows that the energy consumption of the five-column scheme can be reduced by 33.6% compared to the four-column scheme. Significant savings in operating costs can therefore be achieved, resulting in an economically viable process for methanol distillation.     

带有中间热集成的精馏塔序列及其性能

提出一种带有中间热集成的精馏塔序列(IHISDC)的流程,针对三组元混合物分离的简单塔直接序列,对该流程进行了分析。与传统热集成精馏序列(HISDC)相比,提出的IHISDC通过中间换热器将高压塔的精馏段与低压塔的提馏段进行局部热集成,使能量集成精馏塔之间的压力差更小,进而使能耗费用下降。同时发现,IHISDC中的高压塔再沸器热负荷和低压塔冷凝器热负荷增加,由于换热器数量的增加,IHISDC的投资费用较大。为了进一步降低IHISDC的年度总费用,需要对其设计参数进行优化。     

FIBONACCI SEARCH FOR OPTIMAL FEED LOCATION

Abstract

A Fibonacci search technique is used in conjunction with a rigorous mullicomponenl distillaiion computer module to find the optimal feed location within a section of a distillation column. The function lo be minimized can be one of the following:

?key component ratio difference

?reflux ratio or reboiler ratio

?condenser duty or reboiler duty

This technique has been used successfully in the relocation of feed stages of many existing distillation columns and thus saved energy consumption. We shall describe this technique with a sample problem.     

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%。     

Minimum reflux calculation for multicomponent distillation in multi-feed,multi-product columns: Mathematical model

Multi-feed, multi-product distillation columns are ubiquitous in multicomponent distillation systems. The minimum reflux ratio of a distillation column is directly related to its energy consumption and capital cost. Thus, it is a key parameter for distillation systems design, operation, and comparison. In this series, we present the first accurate shortcut based algorithmic method to determine the minimum reflux condition for any general multi-feed, multi-product (MFMP) distillation column separating any ideal multicomponent mixture. The classic McCabe-Thiele or Underwood method is a special case of this general approach. Compared with existing techniques, this method does not involve any rigorous tray-by-tray calculation, nor does it require guessing of key components. In this first part of the series, we present the mathematical model for a general MFMP column, derive constraints for feasible separation and minimum reflux condition, discuss their geometric interpretations, and present an illustrative example to demonstrate the effectiveness of our approach.