水-乙醇-正戊醇共沸物系的节能型分离工艺优化研究
发布时间：2021-02-20 05:01
精馏作为重要的化工单元操作,在生产过程中能源利用率比较低,因此出现了一些不必要的能耗;多数醇类以其良好的溶解性,可作为溶剂应用于各行各业,而也正是其高溶解性使得生产过程中会与水形成共沸物,难以分离。本文以水-乙醇-正戊醇共沸物系为研究对象,对醇水物系的特殊精馏及其节能性设计进行研究,以全年经济总费用（TAC）最低为优化目标,运用aspen软件进行稳态流程的设计和优化并提出合适控制方案。首先对正戊醇-水共沸物系的分离进行研究,设计了常规两塔萃取精馏流程对流程进行优化,最优TAC为1.74×106$/year。在此基础上,对乙醇-正戊醇-水共沸物系提出了常规三塔萃取精馏分离方案,。对流程进行优化,得到最优TAC为2.21×106$/year。对最优流程进行动态控制研究,首先提出了固定回流比的控制结构和带有Qr/F前馈控制的双温控控制结构,在扰动后产品纯度无法回到期望值;对此提出了带有Qr/F前馈控制的组成控制结构,扰动结果表明各组分的抗扰动能力增强,响应较为迅速,是较为理想的控制方案。在常规三塔萃取精馏流程基础之上,进一步进行节能型集成工艺研究,...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有最低共沸点共沸物分离工艺流程
青岛科技大学研究生学位论文5沸点萃取剂三乙胺分离甲醇-甲苯共沸物，与高沸点萃取剂相比可以显著减少溶剂比和能耗，并且相对于配位化合物的液体，固体萃取剂拥有更低的熔点，根据二元气液平衡数据，估算出所需的混合型萃取剂的用量配比。如在NRTL物性方法下，根据乙醇和水体系的二元平衡数据，加入几种混合型弱转温混合萃取剂达到分离要求，便可以打破乙醇和水的共沸体系[39-41]。1.3.3变压精馏有些共沸物系的共沸物组成可以随着压力的变化而发生较大的变化称之为压敏物系。这样仅通过改变压力的条件而不引入第三组分的情况下来跨越精馏边界分离共沸物的方式成为变压精馏[42]。图1-2具有最低共沸点共沸物分离工艺流程Figure1-2Flowsheetofpressureswingdistillationprocessforminimumazeotrope图1-3具有最高共沸点共沸物分离工艺流程Figure1-3Flowsheetofpressureswingdistillationprocessformaximumazeotrope图1-2与图1-3展示了利用变压精馏分离共沸物的两种工艺流程，对于不同的共沸物应采取不同的工艺进行分离。通过相图可以得到两种共沸物在改变操作压力后都可以跨越共沸点进行分离。但两种的差异又在于由于沸点的不同，最低共沸物在塔顶得到共沸组成，塔底得到纯净物质；而最高共沸点共沸物则是在塔顶获得纯净物质，塔底得到共沸物。应掌握分离物系的物理特点，才能选择适合物系的变压精馏流程。变压精馏的优势在于没有向系统加入夹带剂，减少了由于夹带剂所造成的环境的污染，而且对于变压精馏的能耗方面，热集成技术可以有效地降低能耗。最
水-乙醇-正戊醇共沸物系的节能型分离工艺优化研究8(a)(b)(c)(d)图1-5常见热偶精馏塔方式Figure1-5Commonthermocoupledistillationcolumnmethod其中（a）是完全热偶精馏塔由主塔和预分离塔所组成。（b）是隔壁塔使将塔的内部加入了隔板，可以看成是将完全热偶精馏塔的主塔和预分离塔进行了合并。隔壁塔节能优势的原因有两点，一是隔壁塔可以使反混现象减少，从而减少因反混造成的能量损失；二是经隔壁塔的预分离段进入主塔的物流也可以更好地匹配主塔进料板组成。所以隔壁塔具有巨大的节能优势且被很多工厂所应用，其不但可以应用于常规物系分离，也可以应用于反应、共沸等特殊精馏[60-62]。(c)和(d)分别是带有整流器和汽提塔的侧线精馏塔，如图1-6所示，精馏隔壁塔和带有整流器的气相侧线精馏塔在热力学上是等价的。同理，此种方式也可应用于特殊精馏[63-65]。图1-6隔壁塔模型与等价图Figure1-6Integrationschemeandequivalentschemefordividing-wallcolumn1.5精馏动态控制与分析通过对特殊精馏和节能方法的分析，对于不同类型的共沸混合物应当采用适宜的分离方法和节能技术以达到分离产品节能减耗的目的。但是在实际工业生产
【参考文献】：
期刊论文
[1]中间再沸式热泵反应精馏生产乙酸异丁酯的设计与控制[J]. 张青瑞,李海英,闫森,刘艳. 石油学报(石油加工). 2019(03)
[2]变压精馏分离甲醇-苯体系的模拟与优化[J]. 吕利平,梁爽,诸林,李航,孙诗瑞,曾行艳,陈淑蓉. 化学工程. 2018(05)
[3]特殊精馏的应用及进展[J]. 付强,王建刚,张吉波. 山东化工. 2017(24)
[4]乙酸乙酯-正己烷二元体系连续精馏模拟与优化[J]. 温志坚. 石化技术. 2016(12)
[5]加盐萃取精馏分离邻二甲苯-间二甲苯的研究[J]. 杨玉敏,胡洁,郝丛,张少丹. 现代化工. 2016(04)
[6]乙腈-正丙醇-N,N-二甲基甲酰胺体系的等压汽液平衡[J]. 曾红,姚舜,刘其松,朱堂峰,宋航. 高校化学工程学报. 2011(03)
[7]共沸精馏技术研究及应用进展[J]. 王春蓉. 矿冶. 2011(01)
[8]精馏分离方法及其应用研究进展[J]. 药佩珍,邓凯,褚秀玲,仇汝臣. 山东化工. 2009(12)
[9]精馏过程节能技术[J]. 岳金彩,闫飞,邹亮,杨霞. 节能技术. 2008(01)
[10]正己烷和乙酸乙酯间歇共沸精馏分离共沸剂的研究[J]. 白鹏,朱良伟,李晓峰,曾军. 石油化工. 2006(01)
硕士论文
[1]混合萃取剂分离THF-乙醇—水三元共沸物系的协同效应及工艺集成与控制[D]. 赵永滕.青岛科技大学 2018
[2]双塔萃取精馏分离甲苯—甲醇—水共沸体系的工艺优化与动态控制[D]. 王勇.青岛科技大学 2018
[3]特殊精馏分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化与控制[D]. 田光珍.青岛科技大学 2017
[4]基于分子模拟的共沸物形成与强化分离机理研究[D]. 张季.天津大学 2017
[5]特殊精馏分离乙腈—正丙醇共沸物系的工艺设计与控制研究[D]. 田鹏.青岛科技大学 2016
[6]非均相间歇共沸精馏过程的研究[D]. 孙国秀.天津大学 2007
本文编号：3042265
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有最低共沸点共沸物分离工艺流程
青岛科技大学研究生学位论文5沸点萃取剂三乙胺分离甲醇-甲苯共沸物，与高沸点萃取剂相比可以显著减少溶剂比和能耗，并且相对于配位化合物的液体，固体萃取剂拥有更低的熔点，根据二元气液平衡数据，估算出所需的混合型萃取剂的用量配比。如在NRTL物性方法下，根据乙醇和水体系的二元平衡数据，加入几种混合型弱转温混合萃取剂达到分离要求，便可以打破乙醇和水的共沸体系[39-41]。1.3.3变压精馏有些共沸物系的共沸物组成可以随着压力的变化而发生较大的变化称之为压敏物系。这样仅通过改变压力的条件而不引入第三组分的情况下来跨越精馏边界分离共沸物的方式成为变压精馏[42]。图1-2具有最低共沸点共沸物分离工艺流程Figure1-2Flowsheetofpressureswingdistillationprocessforminimumazeotrope图1-3具有最高共沸点共沸物分离工艺流程Figure1-3Flowsheetofpressureswingdistillationprocessformaximumazeotrope图1-2与图1-3展示了利用变压精馏分离共沸物的两种工艺流程，对于不同的共沸物应采取不同的工艺进行分离。通过相图可以得到两种共沸物在改变操作压力后都可以跨越共沸点进行分离。但两种的差异又在于由于沸点的不同，最低共沸物在塔顶得到共沸组成，塔底得到纯净物质；而最高共沸点共沸物则是在塔顶获得纯净物质，塔底得到共沸物。应掌握分离物系的物理特点，才能选择适合物系的变压精馏流程。变压精馏的优势在于没有向系统加入夹带剂，减少了由于夹带剂所造成的环境的污染，而且对于变压精馏的能耗方面，热集成技术可以有效地降低能耗。最
水-乙醇-正戊醇共沸物系的节能型分离工艺优化研究8(a)(b)(c)(d)图1-5常见热偶精馏塔方式Figure1-5Commonthermocoupledistillationcolumnmethod其中（a）是完全热偶精馏塔由主塔和预分离塔所组成。（b）是隔壁塔使将塔的内部加入了隔板，可以看成是将完全热偶精馏塔的主塔和预分离塔进行了合并。隔壁塔节能优势的原因有两点，一是隔壁塔可以使反混现象减少，从而减少因反混造成的能量损失；二是经隔壁塔的预分离段进入主塔的物流也可以更好地匹配主塔进料板组成。所以隔壁塔具有巨大的节能优势且被很多工厂所应用，其不但可以应用于常规物系分离，也可以应用于反应、共沸等特殊精馏[60-62]。(c)和(d)分别是带有整流器和汽提塔的侧线精馏塔，如图1-6所示，精馏隔壁塔和带有整流器的气相侧线精馏塔在热力学上是等价的。同理，此种方式也可应用于特殊精馏[63-65]。图1-6隔壁塔模型与等价图Figure1-6Integrationschemeandequivalentschemefordividing-wallcolumn1.5精馏动态控制与分析通过对特殊精馏和节能方法的分析，对于不同类型的共沸混合物应当采用适宜的分离方法和节能技术以达到分离产品节能减耗的目的。但是在实际工业生产
【参考文献】：
期刊论文
[1]中间再沸式热泵反应精馏生产乙酸异丁酯的设计与控制[J]. 张青瑞,李海英,闫森,刘艳. 石油学报(石油加工). 2019(03)
[2]变压精馏分离甲醇-苯体系的模拟与优化[J]. 吕利平,梁爽,诸林,李航,孙诗瑞,曾行艳,陈淑蓉. 化学工程. 2018(05)
[3]特殊精馏的应用及进展[J]. 付强,王建刚,张吉波. 山东化工. 2017(24)
[4]乙酸乙酯-正己烷二元体系连续精馏模拟与优化[J]. 温志坚. 石化技术. 2016(12)
[5]加盐萃取精馏分离邻二甲苯-间二甲苯的研究[J]. 杨玉敏,胡洁,郝丛,张少丹. 现代化工. 2016(04)
[6]乙腈-正丙醇-N,N-二甲基甲酰胺体系的等压汽液平衡[J]. 曾红,姚舜,刘其松,朱堂峰,宋航. 高校化学工程学报. 2011(03)
[7]共沸精馏技术研究及应用进展[J]. 王春蓉. 矿冶. 2011(01)
[8]精馏分离方法及其应用研究进展[J]. 药佩珍,邓凯,褚秀玲,仇汝臣. 山东化工. 2009(12)
[9]精馏过程节能技术[J]. 岳金彩,闫飞,邹亮,杨霞. 节能技术. 2008(01)
[10]正己烷和乙酸乙酯间歇共沸精馏分离共沸剂的研究[J]. 白鹏,朱良伟,李晓峰,曾军. 石油化工. 2006(01)
硕士论文
[1]混合萃取剂分离THF-乙醇—水三元共沸物系的协同效应及工艺集成与控制[D]. 赵永滕.青岛科技大学 2018
[2]双塔萃取精馏分离甲苯—甲醇—水共沸体系的工艺优化与动态控制[D]. 王勇.青岛科技大学 2018
[3]特殊精馏分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化与控制[D]. 田光珍.青岛科技大学 2017
[4]基于分子模拟的共沸物形成与强化分离机理研究[D]. 张季.天津大学 2017
[5]特殊精馏分离乙腈—正丙醇共沸物系的工艺设计与控制研究[D]. 田鹏.青岛科技大学 2016
[6]非均相间歇共沸精馏过程的研究[D]. 孙国秀.天津大学 2007
本文编号：3042265
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