运用HYSYS对背包式反应精馏过程控制的仿真

利用化工模拟软件HYSYS对背包式反应与精馏苯氯化过程分别进行稳态和动态模拟,并在动态模拟的基础上,分析比较了3种不同控制策略在进料扰动情况下对苯氯化过程的控制效果。

背包进料的背包式反应精馏生产甲缩醛的模拟

提出了一种具有背包进料的背包式反应精馏生产甲缩醛的新工艺,将部分甲醇直接加入到背包反应器中。应用过程模拟软件Aspen Plus对工艺过程进行了模拟计算,采用RADFRAC严格计算模型模拟精馏塔部分,采用NRTL方程模拟反应器部分,重点考察了进料方案和甲醇进料量对新工艺过程的影响。模拟结果表明,当仅在最靠近塔顶的背包反应器中加入甲醇且甲醇进料量为甲醇总进料量的1.25%时,甲缩醛产品的质量分数能够达到0.977,甲醛的转化率能够达到99.4%。与普通的背包式反应精馏方式相比,甲缩醛产品的质量分数提高了1.2%,甲醛的转化率提高了1.3%,冷凝器能耗和再沸器能耗分别降低了2.2%和3.1%。

“背包式”反应精馏水解乙酸甲酯的工艺

采用"背包式"反应精馏深度水解乙酸甲酯,考察了工艺条件对水解率和酸水比的影响,并与传统的单塔催化精馏工艺进行了对比。结果表明:提高水酯比可以显著提高乙酸甲酯的水解率;回流进料比的增加有利于提高水解率但会增加能耗,较佳回流比为3.0左右;乙酸甲酯水解率随空速的增加而降低的速度较慢,可以适当提高空速以增加处理能力;增加固定床体积有利于酯的预水解,但是不一定有利于酯的总转化率。采用"背包式"催化精馏工艺可以实现乙酸甲酯的深度水解,且优于传统的单塔催化精馏工艺。

背包式酶催化反应精馏制备丁酸丁酯模拟优化

提出了背包式酶催化反应精馏合成丁酸丁酯的新工艺,将酶催化反应转移到塔外,优化了丁酸丁酯的生产过程。首先,进行丁酸乙酯与正丁醇的酯交换反应动力学实验,建立反应动力学模型,并验证该工艺流程中此模型计算结果的可靠性。然后,运用Aspen Plus对背包式反应精馏新工艺进行了流程模拟和优化设计,分别确定提馏段、精馏段的塔板数,回流比等主要参数。优化后的模拟操作条件为:精馏段塔板数5、提馏段塔板数7、回流比5、侧线循环总量6 kmol/h、侧反应器4个,此时正丁醇的反应转化率能达到99.85%,产品纯度为94.71%,有效减少了设备投资,为背包反应精馏的更优利用提供了理论依据和可行方案。

背包式酶催化酯交换反应精馏模拟与验证

提出了背包式酶催化反应精馏的新工艺,将酶催化反应转移到塔外,选取正丁醇与丁酸乙酯的酯交换体系,对其过程进行模拟与实验验证。首先,利用Aspen Plus对背包式反应精馏新工艺进行了流程模拟,确定较为合适的模拟操作条件。然后建立一套背包式酶催化反应精馏实验装置,利用此装置开展了酶催化的背包反应精馏实验,对摩尔比、回流比等多种因素下的实验数据与模拟结果进行对比,发现两者的数据变化规律基础一致,且相对误差控制在8%以内,有效地提高了反应转化率,证明背包式反应精馏实验操作可行,利于后续的工业化。

“背包式”反应精馏集成过程研究进展

"背包式"反应精馏是一种反应器与精馏塔既相互独立又相互耦合的离散集成技术。由于反应与分离处于不同空间位置,能够突破传统反应精馏对工况的限制,拓宽应用范围,且便于工程放大。本文综述了国内外"背包式"反应精馏从基础到应用的研究概况。从转化率、选择性、塔内温度、组成分布等方面,分析了"背包式"反应精馏与传统反应精馏的等效性,指出"背包式"反应精馏的优势在于工况的灵活选择利于实现反应与分离能力的最佳匹配。介绍了"背包式"反应精馏在稳态模拟与优化、动态模拟及控制等方面的研究进展,并从不同工况反应与精馏集成技术的应用、便捷的催化剂装填与反应器设计应用两个角度归纳了该技术的应用进展。最后,从优化设计理论、先进控制方法、能量综合利用以及强化酶催化反应等方面对"背包式"反应精馏进一步的研究与应用进行展望。

“背包式”反应精馏生产丙烯酸叔丁酯过程控制策略设计

丙烯酸与异丁烯酯化加成反应具有反应温度较低、精馏温度较高的特点,将加压较低温度反应减压较高温度精馏集成的“背包式”反应精馏工艺用于生产丙烯酸叔丁酯。为了保证生产过程运行和丙烯酸酯产品质量的稳定,开展工艺流程控制方案设计和动态模拟研究,设计了双温度控制(CS1)和比例双温度控制(CS2)2种方案,采用Aspen Dynamics对动态特性进行计算和分析,比较两种控制策略方案。结果表明,在施加异丁烯进料流量增加10%的扰动时,CS1不能恢复产品质量分数稳定,而添加进料比例控制的CS2使产品质量分数在5 h左右恢复稳定,在施加进料组成扰动情况下,CS2相比于CS1,丙烯酸酯的质量分数恢复稳态时间由7 h缩短至5 h,具有更好的抗干扰性。

“背包式”反应精馏生产丙烯酸叔丁酯工艺

针对丙烯酸与异丁烯酯化加成反应具有反应温度较低、精馏温度较高的特点,文中设计了加压较低温度反应-减压较高温度精馏集成的“背包式”反应精馏生产丙烯酸叔丁酯新工艺。以年度总成本(TAC)为目标,采用序贯优化法对过程工艺参数进行优化设计。规定新鲜丙烯酸进料量为10 kmol/h,塔顶产品中丙烯酸叔丁酯质量分数不低于98%,新鲜丙烯酸转化率达到99%,得到最佳过程配置参数和操作参数:侧反应器台数为2,进入侧反应器1(R1)的侧线采出量为10 kmol/h,进入侧反应器2(R2)的侧线采出量为5 kmol/h,以及催化剂总装填量为200 kg且分配比为0.7/0.3,总塔板数为28块(包括冷凝器和再沸器),精馏段塔板数为15块,侧反应器进出口间隔塔板数为5,回流比为0.64,此时TAC最小为1.439×10^(6)元/a。