MPC of distillation column with side reactors for methyl acetate

This paper focuses on the dynamic control of distillation column with side reactors(SRC) for methyl acetate production. To obtain the optimum integrated structure and steady state simulation, the systematic design approach based on the concept of independent reaction amount is applied to the process of SRC for methyl acetate production. In addition to the basic control loops, multi-variable model predictive control modular with methyl acetate concentration and temperature of sensitive plate is designed. Then, based on process simulation software Aspen Plus, dynamic simulation of SRC for methyl acetate production is used to verify the effectiveness of the control scheme.

甲苯氯化连串反应的RD和SRC过程分析与比较

侧反应器与精馏塔集成(SRC)是塔内耦合反应精馏(RD)的新拓展,同时适用于反应与精馏处于相同工况和不同工况两种情形。以甲苯氯化连串反应为研究对象,分别建立了RD和SRC过程的数学模型,在相同总塔板数和塔釜上升蒸气量条件下,计算了相同工况下(反应与精馏压力均为101.3kPa),RD与SRC过程的气/液流率、温度、组成分布,发现两者性能具有一致性。在此基础上,以产品氯化苄的生产成本为目标函数、标志系统产能的氯气进料流率和分配比例为优化变量,对甲苯氯化连串反应的相同工况RD与SRC过程、不同工况SRC过程(反应压力为101.3kPa、精馏压力为10kPa)进行优化,结果表明,相同压力工况下,优化得到的RD与SRC的装置产能与产品质量一致;但在不同压力工况下,SRC的产能明显提升、产品质量也有所提高,反映出不同工况SRC明显的优势。

新型生物柴油制备方法的研究进展

常规均相催化技术采用酸、碱催化剂进行酯化或酯交换反应制备生物柴油,其工艺对设备腐蚀严重,同时带来大量工业废水,造成严重的环境污染及工业成本的增加。新型催化技术可改进均相催化技术的不足,且具有反应条件温和、产率高和容易实现自动化连续生产等优点,已受到人们的广泛关注。阐述了近年来生物柴油国内外发展趋势及应用,重点介绍了新型生物柴油制备方法,如反应精馏法、催化膜反应器、超声法、微波法、连续催化法及其应用现状的国内外进展。最后,对新型生物柴油制备方法存在的问题及应用前景进行了展望。

苯氯化侧反应精馏过程的模拟优化与系统实现方法

针对侧反应精馏集成过程反应能力与分离能力最佳匹配条件设计问题,提出基于独立反应量的非线性解耦优化设计方法.研究以综合生产成本最小且反应能力最大为优化目标的多约束混合整型非线性规划问题,并给出了集成优化与模拟系统程序实现方法.将该方法应用到苯氯化侧反应精馏过程集成优化设计中,实现了反应能力与分离能力的最佳匹配,证明所提出的优化设计方法是有效的.

不同温度反应与精馏集成生产醋酸叔丁酯的过程模拟

针对醋酸与异丁烯加成酯化可逆反应温度低、精馏分离温度高的特点,采用带侧反应器的反应精馏集成过程(SRC)建立了低温反应与高温精馏集成的醋酸叔丁酯生产新工艺。固定塔釜上升汽化量100 kmol·h-1,规定新鲜醋酸进料的转化率达到99.9%、醋酸叔丁酯选择性达到97.0%,采用过程模拟考察了进入侧反应器的精馏塔采出量、精馏段塔板数、侧反应器进出口间隔塔板数和侧反应器台数等参数对合成醋酸叔丁酯的SRC过程的影响。模拟结果表明,醋酸与异丁烯加成酯化生产醋酸叔丁酯的SRC过程中只有反应能力与分离能力达到最佳匹配才能使单位产品的生产成本最小。研究结果为醋酸叔丁酯生产新工艺的放大设计与优化奠定了基础。

常压反应-减压精馏耦合生产氯化苄的工艺优化设计

采用常压反应-减压精馏耦合装置应用于甲苯氯化体系生产氯化苄。为了找到集成装置的最佳结构参数,建立了以独立反应量为基础的模型方程,并开发了基于Powell法的多层优化设计法。结果表明,在塔釜上升蒸汽量一定的情况下,增加精馏塔分离段塔板数、反应器台数、相邻反应器间间隔塔板数,反应能力有所增加,然而当其超过一定值后,反应能力增加的趋势不明显;在优化得到的结构操作参数下,反应能力与分离能力达到最佳匹配。

外部反应精馏强化的环氧乙烷制乙二醇工艺模拟及其热泵节能研究

基于外部反应精馏强化技术反应与分离更易优化操作的优势,开发了乙二醇的侧反应器/精馏塔新流程,并模拟分析了反应器的操作工况、装置的结构参数对过程经济性能的影响,获得了相关参数的设计指导值。为了降低系统能耗,进一步提出将反应段与提馏段分开运行、反应段引入热泵的系统内部能量集成策略,并考察了其可能最大的节能效果。结果表明,与能量集成前的工艺相比,在构建的节能流程中,原再沸器与冷凝器的热负荷分别降低84.6%与68.9%,可节约年操作费用68.0%,减少年总成本47.9%。

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%。

不同工况反应精馏耦合生产苄叉二氯的过程模拟

建立以氯化苄为原料、常压反应-减压精馏耦合高选择性生产苄叉二氯的新型工艺。基于已建立的New-ton-Raphson内外层模拟方法对工艺过程进行模拟计算,考察提馏段塔板数、相邻反应器间隔塔板数、反应器台数、Cl2进料流率及其分配情况对塔底苄叉二氯纯度的影响,得出适宜的工艺条件。结果表明:在精馏塔操作压力10kPa,反应器常压操作、温度100℃时,提馏段塔板数为15、相邻反应器间隔塔板数为1、反应器台数为3较为适宜;当塔釜上升蒸汽量为10 kmol/h,Cl2分配系数为0.34、0.33和0.33时,塔底出料中苄叉二氯摩尔分数随着Cl2进料流率的减小而明显上升,甚至达到0.99以上。

侧反应器反应精馏方法生产醋酸甲酯的模拟

采用强酸性阳离子交换树脂催化醋酸与甲醇反应精馏生成醋酸甲酯,可避免硫酸作为催化剂的不足。但该非均相催化反应受平衡限制,且达到平衡时间较长,采用传统反应精馏塔难以提供足够反应空间。文中设计侧反应器与精馏塔耦合新工艺,采用Aspen Plus软件模拟研究了侧反应器数量、位置,原料进料位置,回流比,醇酸比等对反应精馏过程的影响。结果表明,当装置具有7个侧反应器,反应器间隔4块板,在优化的操作条件下,醋酸甲酯质量分数可达99.1%。

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量预测控制

针对新型侧反应精馏集成技术生产醋酸甲酯的工艺生产过程,采用基于独立反应量的系统设计方法获取最佳的反应精馏集成结构与稳态模拟结果。针对最佳稳态工艺设计结构,在传统控制回路的设计基础上,进行醋酸甲酯质量分数与灵敏板温度多变量模型预测控制模块设计,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。

二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷工艺的研究

研究以二氯丙醇(DCH)和氢氧化钠为原料制备环氧氯丙烷的反应精馏过程,考察反应温度、空时、原料配比和蒸汽量等因素对环氧氯丙烷收率的影响,结果表明:在管式反应器温度为50℃,空时为5 s,n(NaOH)∶n(DCH)=1.06∶1,n(水蒸气)∶n(DCH)=(3.8～4.2)∶1,反应精馏塔塔釜温度为(101±1)℃,塔顶温度为(89.5±0.5)℃的条件下,环氧氯丙烷收率在95%以上,反应精馏塔釜液甘油质量分数小于0.8%。

背包式反应器与精馏塔耦合合成醋酸甲酯的模拟

针对背包式反应器与精馏塔耦合过程循环流股多,模拟计算收敛难度大的缺点,在Aspen P lus的RadFrac模型中引入Murphree板效率,仅用一个精馏塔模型就描述了这个复杂耦合过程的模拟模型。在固定精馏塔塔板数的情况下,讨论了背包反应器个数和间隔位置、进料位置、回流比和催化剂量等因素对醋酸甲酯合成的影响。初步探索了反应能力和分离能力的匹配问题。模拟结果表明,当采用5个背包反应器,反应器之间间隔4块分离塔板的配置时,在适宜条件下醋酸总转化率可达到96.3%。

“背包式”反应精馏生产乙酸环己酯工艺的模拟研究

采用"背包式"反应精馏集成(DCSR)工艺,对环己烯(CH)与乙酸(AA)加成酯化合成乙酸环己酯(CA)的反应进行研究,固定CH与AA的进料量均为10 kmol/h,规定塔釜产品中CA含量为99.5%(w),以年度总成本(TAC)为评价指标,通过Aspen Plus流程模拟软件考察了主要操作条件及集成结构对DCSR过程的影响。实验结果表明,最佳的工艺条件为:再沸器热负荷(Q_R)为0.51 MW、提馏段塔板数为3、侧反应器台数为2、总催化剂装填量为2 300 kg、催化剂在上下两台侧反应器中的分配系数分别为0.44和0.56。在该条件下,集成过程具有最小TAC约2.82×10~6 Yuan/a,相较于传统工艺,DCSR工艺的Q_R减小近8.9%,催化剂用量减少了42.5%,TAC节省了18.9%。

带多台侧反应器的间歇反应精馏生产氯化苄非稳态模拟与过程设计

建立了带多台侧反应器的间歇反应精馏过程,采用Aspen Plus模拟软件构建该过程的非稳态模拟方法。以甲苯氯化生产氯化苄为对象,研究了侧反应器台数、侧线采出率和采出位置、氯气分配、反应精馏时间及再沸器蒸发量等设计参数对间歇反应精馏过程的影响规律。模拟结果表明反应能力和分离达到最佳匹配的最优设计参数为:精馏塔塔板数8块、侧反应器2台、氯气分配7:3、从第3块塔板侧线采出、采出率85%、再沸器蒸发量25 kmol?h?1。在此结构参数和操作条件下完成50 kmol甲苯氯化所需时间为9 h,甲苯的转化率和氯化苄的选择性均可达到98.0%以上。

新型反应精馏集成过程与传统反应精馏过程的比较

在传统反应精馏塔模型中引入Murphree板效率,建立了带侧反应器的新型反应精馏集成过程的模型,采用Aspen Plus的RADFRAC模块计算效率高,结果可靠.从反应量、温度、液相摩尔流率和组成分布等系统地比较了新型反应精馏集成过程与传统反应精馏过程.结果表明,带5个侧反应器的新型反应精馏集成过程可以达到传统反应精馏塔的等同效果,并且新型集成过程的精馏塔结构比传统反应精馏塔结构简单,设备尺寸小.

微波辅助光催化-膜蒸馏降解活性黑的研究

采用微波无极灯为光源,提出微波辅助光催化-膜蒸馏反应器,用于水中活性黑5号的降解研究。系统考察TiO2投加量、温度及溶液初始pH对活性黑降解效率及膜蒸馏产水通量的影响,在此基础上开展活性黑的脱色矿化与产水水质研究。结果表明,在TiO2投加量为2 g/L,温度为65℃,pH为3.0的最佳条件下,200 mg/L的活性黑溶液在210 min内脱色率和TOC去除率分别为100%与83%,表明微波辅助光催化-膜蒸馏反应器对活性黑具有较高的降解效果。膜蒸馏产水水质较好,产水TOC质量浓度维持在3 mg/L以下,试验结束时,产水pH为4.4,电导率为12.1μS/cm,表明活性黑降解中产生的酸性挥发性物质跨膜引起产水水质的变化。

反应分离一体化技术研究现状及应用进展

近年来快速发展起来的反应分离一体化技术以其能在生产中极大地降低投资和生产操作成本的优势引起了人们的广泛关注。本文综述了反应与分离一体化技术研究的现状及应用进展,介绍了反应精馏技术中的精馏塔结构及催化剂填料、数学模型和工业应用,同时介绍了膜化学反应器技术的研究现状和应用。

环氧丙烷合成工艺技术进展

介绍了两种环氧丙烷生产工艺 :氯醇法工艺和共氧化法工艺 ,分析了其各自的特点 ,对氯醇法的反应工艺和精馏工艺优化的新技术进行了描述 ;对以过氧化氢和氧气为丙烯环氧化氧源的新工艺的研究进展进行了评述 ;介绍了几种合成环氧丙烷的新型反应器技术 :膜催化反应器技术、电化学反应器技术和熔盐反应器技术。