稀醋酸脱水过程节能优化与控制

发布时间：2017-09-03 18:11

  本文关键词：稀醋酸脱水过程节能优化与控制

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【摘要】：醋酸(HAc),是化学工业中极其重要的合成原料和有机溶剂,应用相当之广泛。这些化工过程往往会产生大量的低浓度醋酸废水,回收其中的醋酸具有相当可观的经济效益。本研究以工业上产生的低浓度(10%)醋酸废水的回收过程为研究对象,针对稀醋酸脱水提纯过程的高能耗问题,依据预提浓的思想,先将稀醋酸废水部分或全提浓,再精馏脱水以降低能耗,其中萃取剂与挟带剂合二为一,减少一个萃取剂回收步骤。利用Aspen Plus和Aspen Dynamics建立萃取与精馏联合工艺稳态和动态模型进行操作优化与控制研究。采用醋酸正丁酯(NBA)和丁醇(BuOH)混合物作为萃取剂和共沸剂,采用醋酸进料部分提浓的萃取与共沸精馏联合工艺,优化萃取剂与共沸剂中的丁醇比例和稀醋酸原料去萃取塔的比例,得出其中最佳的丁醇质量含量为5.5%,稀醋酸原料去萃取塔最佳比例为23%,此时系统在能耗和设计要求之间达到一个最佳的平衡。运用简化Guthrie方程进行经济核算验证,相比传统精馏可节约14.68%的设备投资和22%左右的操作费用。利用Aspen Dynamics进行动态建模,选择合适的塔板位置进行双温度控制,设计三种可行控制方案并进行扰动分析,测试表明调节再沸器负荷Q/进料流量F比值和分相器水回流比例组成的塔板双温度控制方案效果最佳。采用甲基叔丁基醚(MTBE)作为萃取剂和挟带剂,通过物性和剩余曲线分析了分离的可行性,建立稀醋酸进料全提浓的萃取与精馏联合工艺模型,优化萃取塔和醋酸脱水精馏塔的操作条件,进行经济核算并将之与普通精馏比较,可节省68.66%的设备投资,同时降低80%以上的能量消耗,且脱水塔底醋酸产品含量高达99%以上。建立动态模型,设计一个可行的控制方案,使得系统在进料流量和组分扰动下能很快恢复平稳。
【关键词】：醋酸脱水 醋酸正丁酯 甲基叔丁基醚 萃取 共沸精馏 控制
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ225.122;X783
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 课题背景9
• 1.2 醋酸分离方法9-11
• 1.3 醋酸脱水工艺研究现状11-12
• 1.4 非均相共沸精馏技术的研究12-13
• 1.5 醋酸脱水动态研究13-14
• 1.6 流程模拟软件介绍14-15
• 1.7 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 采用萃取与共沸精馏联合工艺的稀醋酸脱水稳态模型的建立17-24
• 2.1 热力学性质分析17
• 2.2 热力学方程选择17-19
• 2.3 萃取剂的选择19
• 2.4 共沸剂的选择19-22
• 2.5 稳态模型建立22-23
• 2.6 工艺要求23
• 2.7 本章小结23-24
• 第三章 采用NBA和BuOH混合萃取共沸剂的稀醋酸脱水过程24-40
• 3.1 萃取剂与共沸剂中丁醇比例优化24-25
• 3.2 原料去萃取塔比例优化25-27
• 3.3 成本核算27-29
• 3.4 动态模型的建立29-30
• 3.5 控制方案设计30-34
• 3.5.1 灵敏板选择30-32
• 3.5.2 三种具体控制方案32-34
• 3.6 流量与组分扰动下动态响应过程34-37
• 3.7 小结37-40
• 第四章 采用MTBE作萃取剂的稀醋酸脱水工艺40-61
• 4.1 萃取剂与挟带剂选择40
• 4.2 剩余曲线分析40-41
• 4.3 稳态模型的建立41-43
• 4.4 萃取塔操作条件优化43-46
• 4.4.1 萃取压力的优化43-44
• 4.4.2 萃取塔级数的优化44
• 4.4.3 萃取塔温度优化44-45
• 4.4.4 萃取剂用量的优化45-46
• 4.5 醋酸精馏塔操作条件优化46-52
• 4.5.1 醋酸精馏塔总塔板数优化46-48
• 4.5.2 醋酸精馏塔进料位置优化48-50
• 4.5.3 醋酸精馏塔回流比优化50-52
• 4.6 萃取—精馏联合工艺模拟52-53
• 4.7 成本核算53-54
• 4.8 动态模型建立54-56
• 4.9 扰动分析56-59
• 4.10 小结59-61
• 第五章 总结与展望61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文68

【参考文献】

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本文编号：786539