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

发布时间：2020-11-01 20:42

　　 常压下,甲苯-甲醇-水三元混合物中可以形成甲苯-甲醇二元均相最低共沸物和甲苯-水二元非均相最低共沸物,常规的分离方法很难有效分离该三元共沸混合物。本文基于甲苯-甲醇-水三组分之间的特性,开发了带有分相器的双塔萃取精馏工艺来分离该三元混合物,分析了双塔萃取精馏工艺的经济性,并开发了稳健控制该工艺的动态控制方案。本文应用Aspen Plus流程模拟软件,考察了甲苯-甲醇-水三元组分的汽液平衡数据和液液平衡数据,并最终选择UNIQUAC作为流程模拟的热力学模型。通过考察加入重萃取剂后共沸物轻组分-重组分之间的相对挥发度和重组分-萃取剂之间的相对挥发度与年度总费用(TAC)之间的关系,提出了最优萃取剂的选择新思路,并最终选择N甲基吡咯烷酮作为萃取剂进行萃取精馏工艺的探究。本文基于传统萃取精馏的序贯迭代法,将年度操作费用(TAC)作为约束目标,以双塔萃取精馏优化软件(EDOS)为工具对所有流程进行优化并得到最优工艺参数。得到带有分相器的双塔萃取精馏工艺的能耗为3.07MW,TAC为1070346$/y。与传统三元萃取精馏工艺为对比,带有分相器的双塔萃取精馏工艺具有明显的经济优势和节能优势。本文在该工艺的基础上,深入探究了分离该三元共沸物的更为节能的新方案:(1)萃取精馏侧线采出工艺流程;(2)萃取精馏热耦合工艺流程;(3)萃取精馏热集成工艺流程。结果表明萃取精馏侧线采出工艺和热耦合工艺对于该分离体系的节能效果较差,萃取精馏热集成工艺的节能效果最好且TAC最优。其中,萃取精馏双塔进料预热的热集成工艺可以降低能耗27.69%和降低TAC21.36%。本文以动态流程模拟软件Aspen Dynamics为工具,探究了稳态最优条件下带有分相器萃取精馏分离三元非均相共沸物工艺的动态控制方案。结果表明:固定回流比控制方案(CS1),R/F控制方案(CS2),Q/F控制方案(CS3)均不能对进料组成扰动实现有效控制。改进的控制方案(CS4)是用比例控制器替换萃取精馏塔的温度控制器。在改进的控制方案的基础上将萃取剂用量从80kmol/h增大至85kmol/h时,此时的控制结构(CS5)可以对流程实现强健控制。因此适当的增加萃取剂用量可以大幅提升流程的控制效果。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ028.31
【部分图文】：

料物流进入 C2 塔，并从 C2 底部采出，甲苯相则回流到 C1 塔内作为共沸剂循环使用。高纯度吡啶则从 C1 塔底部采出。图1-1 吡啶和水非均相共沸工艺流程图Figure 1-1 The flowsheet of the heterogeneous azeotropic distillation process of pyridine and water.1.3.2 反应精馏反应精馏[33, 34]是将两种或多种组分能够发生化学反应的溶液打入一个精馏塔内，在发生反应的同时，将一部分组分精馏出来的分离技术。在反应精馏的过程之中，精馏分离的作用可以提高物系化学反应的平衡转化率，抑制副反应的发生，同时物系发生放热反应产生的热量又可以降低精馏塔的能耗。目前广泛应用于现代化工企业生产中的反应精馏可分为：反应型反应精馏和精馏型反应精馏。精馏型反应精馏是指在用精馏的方法分离一些沸点相接近的混合物时，普通精馏很难实现对这类物

共沸物系有两种：最低沸点共沸物和最高沸点共沸物，则变压精馏的工艺流程也因此而有区别，如图 1-2、1-3 所示。图1-2 最低共沸物的变压精馏流程图Figure 1-2 Flowsheet of pressure swing distillation process for minimum azeotrope图1-3 最高共沸物的变压精馏流程图Figure 1-3 Flowsheet of pressure swing distillation process for maximum azeotropeWang[16]等人利用变压精馏技术分离最低沸点共沸物正庚烷-异丁醇，其工艺流程如图 1-2 所示。正庚烷和异丁醇两种共沸物组分首先进入到低压塔中，低压塔底得到高纯度的异丁醇，低压塔顶得到正庚烷与异丁醇的共沸组成下的混合物。经过

图1-2 最低共沸物的变压精馏流程图Figure 1-2 Flowsheet of pressure swing distillation process for minimum azeotrope图1-3 最高共沸物的变压精馏流程图Figure 1-3 Flowsheet of pressure swing distillation process for maximum azeotropeWang[16]等人利用变压精馏技术分离最低沸点共沸物正庚烷-异丁醇，其工艺流程如图 1-2 所示。正庚烷和异丁醇两种共沸物组分首先进入到低压塔中，低压塔底得到高纯度的异丁醇，低压塔顶得到正庚烷与异丁醇的共沸组成下的混合物。经过
【参考文献】

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本文编号：2866070