变压精馏分离乙腈-乙醇共沸物的模拟与优化

以Wilson活度系数模型为物性计算方法,使用Aspen Plus软件对变压精馏分离乙腈-乙醇常压共沸物的工艺进行模拟与优化。选择250和101.325 kPa作为加压塔和常压塔的操作压力,并在乙腈及乙醇产品纯度均为99.9%(质量分数)的约束条件下,重点考察了两塔理论板数对塔板温度分布以及进料板位置、回流比对两塔再沸器总热负荷的影响,得到了优化的工艺参数。优化后的工艺参数为:加压塔理论塔板数15、进料板位置5、回流比1.4;常压塔理论塔板数14、进料板位置5、回流比1.2。以此为基础,分析了常规变压精馏和热集成变压精馏的工艺能耗。结果表明:与常规变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺可节能41.69%。

热泵变压精馏分离乙二胺水溶液的模拟

基于乙二胺和水物系共沸组成随压力变化显著的特点,采用变压精馏工艺分离乙二胺和水物系;为了降低变压精馏工艺的能耗,提出了热泵变压精馏新工艺。使用Chem CAD软件,对变压精馏工艺和热泵变压精馏工艺进行了模拟。结果表明:采用变压精馏工艺和热泵变压精馏工艺都能实现乙二胺和水共沸物的高纯度分离,每个产品的纯度(质量分数)都可以达到99%;与变压精馏工艺相比,采用热泵变压精馏工艺,加热公用工程可节能62.24%;冷却公用工程可以节能49.51%。

常规和双效变压精馏工艺分离乙醇胺和三乙烯二胺的模拟

基于乙醇胺和三乙烯二胺物系共沸组成随压力变化显著的特点,采用常规变压精馏工艺分离乙醇胺和三乙烯二胺物系;为降低常规变压精馏工艺的能耗,提出双效精馏和变压精馏耦合的双效变压精馏新工艺。采用Aspen Plus化工流程模拟软件对常规变压精馏工艺和双效变压精馏工艺进行模拟。模拟结果表明,采用常规变压精馏工艺和双效变压精馏工艺都能实现乙醇胺和三乙烯二胺物系的分离,乙醇胺和三乙烯二胺的纯度都可达到99.90%(w);与常规变压精馏工艺相比,采用双效变压精馏工艺,加热公用工程可节能29.65%,冷却公用工程可节能31.51%。

乙腈-水二元共沸体系的变压精馏动态研究

针对乙腈-水变压精馏稳态工艺流程,建立了变压精馏动态模型,探究了其不同的动态方案。研究表明:无论是引入回流量-塔顶采出量比例控制模块的控制结构,还是回流量-进料流量比例控制模块的控制结构,面对扰动时产品纯度均出现发散型震荡现象;温度控制结构比组成-温度控制结构的稳定时间短,但只能使水产品纯度维持在质量分数为99.88%附近;常压塔再沸器热负荷与进料流量比例控制模块能及时调整常压塔蒸汽流率;组成控制器可以在线监测产品纯度,组成-温度控制结构抗扰动能力更强。

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%。

乙酸异丙酯-异丙醇物系的热集成变压精馏分离模拟

采用Aspen软件及修正的Wilson模型模拟了压力对乙酸异丙酯-异丙醇物系共沸组成的影响,提出该物系基于热集成的变压精馏工艺。在此基础上,研究了系统能耗随变压精馏工艺两塔压力组合的变化趋势,优化了理论塔板数、进料位置、回流比等操作参数。模拟结果表明,高压塔操作压力为0.60 MPa、减压塔操作压力为0.02 MPa时,热集成系统能耗利用最合理。该压力条件下变压精馏工艺的最优理论塔板数为高压塔26块、减压塔38块;最优进料位置为高压塔第15块理论塔板、减压塔第10块理论塔板;基于热集成工艺的最优回流比为高压塔1.0,减压塔2.0。热集成变压精馏工艺可节能28.5%。

具有最低共沸点难分离物系变压精馏分离

变压精馏是根据物系压力改变引起液体混合物共沸点组成变化,进而使共沸物系得以分离的一种有效分离方法。具有最低共沸点的液体混合物分离是化工过程中常见的分离难题。本文在热力学分析基础上研究了四氢呋喃与乙醇、环己烷与苯混合物这类典型的最低共沸液体混合物的变压精馏可行性,提出变压精馏分离四氢呋喃-乙醇液体混合物工艺流程,以NRTL-RK为物性计算方法,利用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离工艺过程进行分析及模拟,并对工艺参数进行优化。结果表明:在常压塔和8atm高压塔组成的双塔流程中变压精馏能将四氢呋喃-乙醇最低共沸混合物进行较好的分离,指出本文提出的研究方法可为具有最低共沸点液体混合物分离工艺的建立提供更加有效的指导。

变压精馏分离乙醇-氯仿共沸物的动态特性

基于乙醇-氯仿二元共沸体系的压力敏感特性,利用Aspen Plus软件,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,模拟和优化了变压精馏稳态工艺,所得乙醇和氯仿产品纯度均大于99.9%(质量分数)。利用稳态模拟考察了不同热集成变压精馏工艺的经济性。利用Aspen Dynamics软件考察了不同热集成变压精馏工艺的动态特性,建立了不同热集成变压精馏工艺的稳健控制方案。结果表明:完全热集成工艺与无热集成和部分热集成工艺相比,经济性最优;组成-温度串级控制结构可较好地控制无热集成和部分热集成流程,压力-补偿温度控制结构在完全热集成工艺中可实现稳健的控制;虽然完全热集成工艺经济性最优,但部分热集成工艺的可控性优于完全热集成工艺。本文研究对工业分离含低碳醇的二元共沸物热集成变压精馏工艺有一定的参考价值。

热集成变压精馏分离吡啶-水的工艺模拟与优化

基于吡啶-水体系的共沸组成对压力变化敏感,提出了热集成变压精馏的新工艺。新工艺采用冷凝器-再沸器式热集成,利用高压塔塔顶蒸汽加热低压塔再沸器,以节省能耗和操作费用。选择NRTL活度方程为物性计算模型,使用Aspen Plus软件对该工艺流程进行严格稳态模拟。为了获得经济最优的工艺条件,提出了局部经济优化和全局经济优化相结合的优化方案,并建立了优化迭代流程。优化结果显示:当低压塔和高压塔的操作压力分别为16 kPa和1 200 kPa,总理论板数分别为12和14,新鲜原料和循环物流分别从低压塔第9块板和从第6块板进料,高压塔的物流进料位置为第8块板,高压塔质量回流比为0.59时,年度总费用(TAC)最小。与常规的变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更加节能经济,可以节约能耗43.52%,节省年度总费用40.70%。

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ASPENPLUS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作参数及设备参数。模拟结果表明,采用带热集成的变压精馏工艺,即用常压塔的塔顶潜热作为负压塔的塔釜热源,用常压塔的塔底显热对原料预热器供热,与两塔均采用外界蒸汽供热的传统变压精馏方式相比,可以节约能耗约30.7%。研究结果为甲苯-异丙醇混合物和类似的共沸体系的分离提供了一条新的节能技术路线。

四氢呋喃-乙醇变压精馏分离

共沸混合物分离是化工过程中常见的分离难题。变压精馏是根据物系压力改变而使液体混合物共沸点组成发生变化,进而使共沸物系得以分离的一种有效分离方法。在热力学分析基础上,提出了四氢呋喃-乙醇液体混合物变压精馏分离双塔工艺流程。以NRTL-RK为物性计算方法,利用Aspen Plus模拟软件对变压精馏分离工艺过程进行分析及模拟,并对工艺参数进行优化。研究结果表明:在常压塔和0.8 MPa高压塔组成的双塔流程中变压精馏可将四氢呋喃-乙醇最低共沸混合物进行较好的分离。

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。

变压精馏分离1,1,1,3,3-五氟丙烷-氟化氢的工艺模拟

1,1,1,3,3-五氟丙烷-氟化氢混合物是一种二元最低共沸物。在计算机模拟和分析的基础上,研究了变压精馏分离五氟丙烷-氟化氢的工艺流程。选用Aspen P lus软件内置的热力学模型W ILS-HF描述五氟丙烷-氟化氢二元共沸体系的气液平衡。根据实验数据,回归该热力学模型中的交互作用参数,模型的计算结果与实际数据吻合较好。使用Aspen P lus对整个分离流程进行模拟计算,以系统能耗最低为目标,对重要的工艺参数进行了优化,模拟结果对工业过程的设计具有一定的指导意义。

双效变压精馏分离甲醇-乙腈的工艺模拟与优化

利用甲醇-乙腈体系在不同压力下共沸组成有较大变化的特点,采用双效变压精馏(PSD)对甲醇-乙腈体系进行高纯度分离。使用Aspen Plus工程软件对该流程进行了稳态优化模拟计算,模拟中使加压塔冷凝器冷凝负荷与减压塔再沸器加热负荷完全匹配以实现节能目的,并使该体系得到高纯度分离,甲醇、乙腈分离质量分数均达99.9%。模拟结果如下,加压塔操作参数:理论板数为22,原料液进料位置为第17块板,循环物流进料位置为第11块板,回流比为1.38,操作压力为0.5 MPa(绝压);减压塔操作参数:理论板数为35,进料位置为第12块板,回流比为3.8,操作压力为0.04 MPa(绝压)。模拟结果表明,双效精馏比常规精馏蒸汽能耗可节约47.4%,是一种高效的分离甲醇-乙腈体系的方法。

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。

变压精馏和萃取精馏分离乙腈和水工艺模拟及优化

基于乙腈与水的共沸特性分析,提出变压精馏和萃取精馏分离乙腈与水的工艺方法,并对2种分离工艺可行性进行研究。利用Aspen Plus软件对2种分离工艺进行模拟并优化,以Wilson活度系数方程为物性计算方法,其二元相互参数由汽液相平衡数据回归,考察理论板数、进料位置和回流比等因素对分离的影响,得到2种分离工艺的较佳工艺参数,并进行能耗比较。研究结果表明:2种分离工艺均能较好地实现乙腈和水的分离,乙腈产品纯度均能达到99.5%;在相同的处理量及分离要求下,萃取精馏比变压精馏节省能耗,更适合乙腈和水共沸体系的分离,为该共沸物分离的设计与改造提供了依据。

热集成变压精馏分离异丙醇-异丙醚混合物的动态控制

在稳态模拟的基础上,对热集成变压精馏流程的动态控制性能进行了研究与分析。根据流程特点建立了合理的控制方案,用Aspen Dynamics软件对控制方案行了模拟。模拟结果表明,通过3个温度控制回路(用高压塔回流股物料中换热器的热负荷控制回流股的温度;用高压塔再沸器热负荷控制低压塔第16块板的温度;采用压力补偿温度控制结构,用高压塔塔顶回流比控制高压塔第24块板温度)可较好地控制热集成变压精馏流程,该控制结构动态可控性强,各指标均能在干扰施加后较短时间内达到稳定,对各项干扰的稳定性能良好。

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。

采用双效变压精馏工艺分离甲苯-正丁醇的模拟

采用双效变压精馏工艺流程分离甲苯-正丁醇物系。利用Aspen Plus化工模拟软件,以分离过程能耗最低为目标函数、甲苯和正丁醇纯度为约束变量,对双效变压精馏工艺流程进行了优化计算。模拟结果表明,采用负压和常压双效变压精馏工艺可以实现甲苯-正丁醇物系的高纯度分离,即负压塔的优化操作参数为:塔压20.0 kPa、理论塔板数26块、进料板为第12块塔板、回流比1.1;常压塔的优化操作参数为:塔压102.0 kPa、理论塔板数32块、进料板为第14块塔板、回流比3.2。计算结果表明,与两塔采用外界蒸汽供热的方式相比,采用常压塔塔顶汽相潜热为负压塔塔底再沸器供热可节能约42.3%。

变压精馏分离甲醇-苯体系的模拟与优化

基于甲醇-苯二元共沸体系的压力敏感性,利用Aspen Plus软件对变压精馏(PSD)分离甲醇-苯工艺进行模拟与优化。采用序贯迭代法,以年度总费用(TAC)最小为目标函数,确定了最佳工艺条件:低压塔理论板数19,原料进料位置为第12块塔板,回流板位置为第9块板,回流比0.7;高压塔理论板数21,进料位置第14块塔板,回流比1,所得甲醇和苯产品纯度均达到了99.9%。同时,探究了变压精馏分离甲醇-苯工艺的部分热集成方案,与传统变压精馏相比可节能42.7%,可为甲醇-苯分离的实验研究及其他共沸体系的分离提供参考。