Kaibel隔壁塔用于四组分精馏的模拟优化和实验研究

隔壁精馏塔由于其特殊的结构可在单塔内实现多组分高纯度分离的目的。本文针对Kaibel隔壁精馏塔(KDWC)分离四组分混合物的节能工艺进行了模拟优化和实验研究。以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇(MEPB)为例,通过热力学分析建立了稳态模拟的"四塔模型",并以塔内温度分布为依据对模型准确性进行了实验验证。提出了一种基于再沸器能耗的优化流程,以再沸器最小能耗为目标函数,对KDWC的液相分配比(R_L)及整体结构进行了优化。分析了KDWC的节能原理并考察了中间组分含量对KDWC节能效果的影响。对比了KDWC与常规传统三塔序列的能耗并对二者的热力学效率进行了计算。结果表明:温度分布的模拟值与实验值趋于一致,且液相分配比(R_L)是塔的重要操作参数;KDWC结构相比于传统三塔序列节能的重要原因是有效降低了中间组分(乙醇和正丙醇)的返混程度,且随着中间组分含量的增加KDWC节能效果越来越明显;当中间组分摩尔分数为80%时,KDWC可节能35.65%,可提高热力学效率26.11%。通过本文研究,为隔壁塔用于四组分精馏提供了基础实验数据并为其节能优化提供了理论指导。

Kaibel分壁精馏塔分离芳烃的稳态和动态模拟

Kaibel分壁精馏塔(Kaibel divided-wall column,KDWC)可在一个塔内实现四组分混合物的高纯度分离。本文以分离苯、甲苯、二甲苯和均三甲苯为研究对象,建立了KDWC严格稳态模型,获得了优化的塔体结构。通过研究KDWC分离17组进料组成的基础上,获得了KDWC的稳态分离的初步规律:实现KDWC的高纯度分离,既需要通过分液比控制预分馏段顶部馏出气相中的二甲苯含量,又需要通过分气比控制预分馏底部馏出液相中甲苯含量;两个侧线的组成中,重组分杂质的含量要远多于轻组分杂质的含量;中间组分甲苯在预分馏段仍有返混。随后,在Aspen Dynamic环境下建立了KDWC的组分控制模型,控制结果表明该模型可以应对±10%的流量和进料组成波动,但二甲苯产品纯度会出现少量偏差。

四产品Kaibel隔壁精馏塔分离丙二醇混合物的模拟与节能分析

研究了包含甲醇、水、丙二醇和二丙二醇四组分混合物的分离问题,针对混合物的特征和分离要求,提出四产品Kaibel隔壁精馏塔的分离工艺,并利用Aspen Plus软件对Kaibel塔进行设计与节能分析。首先,设计了分离四组分混合物的三塔精馏流程(TCD)和热集成三塔精馏流程(HTCD);其次,开展了四产品Kaibel塔分离四组分混合物的模拟研究,取得了满足分离要求的塔设计参数;最后,采用能量衡算和?损失分析相结合的方法,对Kaibel塔的用能特征进行了分析和比较。研究表明,与热集成三塔精馏流程相比,四产品Kaibel塔在操作费用方面不占优势,但在设备投资方面具有明显优势,可以实现在一个塔内四组分的分离,总?损失可降低9.41%。

Kaibel隔板塔用于多晶硅还原工段三氯氢硅分离的模拟研究

将Kaibel隔板塔代替常规三塔顺序分离流程用于多晶硅还原工段中三氯氢硅分离。在简捷计算基础上,利用Multifrac模型进行了严格稳态模拟。主要研究了TCS产品和STC产品采出位置、液体分配比和汽体分配比等参数的影响。结果表明:与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,设备数量大大减少。

Kaibel分壁精馏塔的压力补偿-温度控制

Kaibel分壁精馏塔(Kaibel divided-wall column, KDWC)是分离三组分混合物DWC的进一步强化形式,可在一个塔内实现四组分混合物的高纯度分离。建立有效的控制结构是KDWC的研究关键,研究了KDWC分离苯、甲苯、邻二甲苯和均三甲苯四组分体系的动态过程,首次将压力补偿机制引入KDWC的控制,建立了压力补偿-温度控制结构(PTC),并考察了该结构与温度控制结构(TC)的控制效果。研究结果表明:TC可实现进料流量或组分发生±15%扰动后的平稳控制,少部分产品纯度不合格,最大余差为-0.007;PTC可实现进料流量或组分发生±20%扰动后的平稳控制,产品纯度均合格,最大余差约为-0.003,且调节时间缩短为5~8 h。压力补偿-温度控制结构通过对下侧线温度控制回路设定值的修正,有效地改善了控制效果。

Kaibel分壁精馏塔分离四元醇动态控制

以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇四元混合物为研究对象,在稳态精馏模拟和优化的基础上,搭建了Kaibel分壁精馏塔(KDWC)小试实验装置,全塔由7段塔节组成,共计39块理论板;采用SIMATIC S7-300系统对KDWC的4个产品回路进行温度控制,利用上位机WinCC控制面板调节操作参数,实现了小试装置的平稳开车;考察KDWC等摩尔比进料的稳态分离过程及对进料组成发生±20%波动后KDWC的分离效果进行动态实验研究。实验结果表明,4组产品纯度均满足90%(x)的设计要求,侧线产品中轻重杂质含量与模拟结果略有不同;4×4温度控制结构能够实现对KDWC的稳定控制,产品纯度(x)介于88.17%～93.99%之间,误差在-2%～+4%以内。

Kaibel分壁精馏塔分离醇类四元混合物实验研究

以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇为研究对象,根据严格稳态模拟结果建成小试实验装置,并考察了KDWC的开车、连续进料和进料组成变化过程。KDWC开车流程可分为3个阶段:全回流、间歇精馏和进料平衡阶段;连续等摩尔进料时四组产品摩尔分数均可达到设计值90%,相同条件下模拟值和实验结果具有良好的一致性,上侧线中甲醇杂质和下侧线中丁醇杂质含量略有偏差;进料组成发生±20%的变化后,可在分液比恒定的情况下实现产品的平稳控制。

分壁精馏塔分离四元醇体系的稳态研究

Kaibel分壁精馏塔(KDWC)和强化Petlyuk分壁精馏塔(PDWC)可在一个塔内实现四元体系混合物(MEPB)的高效分离。以分离甲醇(M)、乙醇(E)、正丙醇(P)和正丁醇(B)为研究对象,建立并优化了KDWC和PDWC塔的严格稳态精馏模型。结果表明,与常规正序三塔序列分离过程相比,KDWC可减小再沸器负荷36.46%,PDWC可减小再沸器负荷45.95%。在KDWC预分馏段内需实现ME/PB的清晰分割,主塔上、下段分别需要实现M/E和P/B的清晰分割;在PDWC预分馏段内仅需实现M/B的清晰分割,中间塔的上、下段分别需要实现M/P和E/B的清晰分割,M/E和P/B的清晰分割由主塔上、下段完成。KDWC和PDWC主塔内各组分均不存在返混,但在2个分壁精馏塔的预分馏段和PDWC的中间段存在中间组分的返混现象。

四组分隔板塔用于三氯氢硅分离的模拟研究

对用于四组分分离的Kaibel隔板塔和完全热耦合隔板塔4-DWC在多晶硅还原工段中分离三氯氢硅的应用进行了模拟研究。首先,将不同结构的复杂塔简化为在热力学上等效的简单塔序列流程,利用简捷法设计计算得到初值;再利用严格模拟进行参数优化和模拟计算。结果表明:与常规三塔顺序分离流程相比,Kaibel隔板塔可节约能耗26.43%,4-DWC节约能耗36%,设备数量大大减少。

Kaibel隔板塔简捷设计和稳态分析

Kaibel类型隔板精馏塔可代替传统三塔流程来进行四组分分离,除节能和节省投资外,与需要多块隔板的其它四组分隔板塔构型相比,因其构造简单(只需一块隔板)、更易于工业上实施而具有重要的应用前景。本文提出一种Kaibel塔简捷设计方法,基于模拟软件Aspen Plus中DSTWU模块,构造出Kaibel塔的等效结构。同时,对内部耦合物流(分汽比和分液比)对分离效果的影响进行稳态模拟分析,结果表明,分汽比和分液比的变化对Kaibel塔产物纯度有重要影响,且对侧线产物的影响大于塔顶和塔釜产物,是操作和控制时需要重视的因素。