三塔变压精馏分离甲醇-乙腈-苯的过程综合与热集成

摘要

常压下，甲醇（M）-乙腈（A）-苯（B）三元混合物中能形成多种共沸物，普通分离方式无法实现该三元共沸体系的高效分离。本文利用三元相图研究了甲醇-乙腈-苯混合物的共沸特性，开发了三塔变压精馏工艺（TCPSD），并分析了其不同精馏序列和热集成技术的经济性，考察了不同热集成三塔变压精馏的动态特性。
　　利用Wilson模型，借助含残余曲线的三元相图，考察了不同精馏序列的三塔变压精馏工艺的可行性。基于传统变压精馏的序贯迭代法，以年度总费用（TAC）最小为最终经济性目标，开发了三塔变压精馏序贯迭代优化程序和三塔变压精馏优化软件 TCPSDOS，快速准确的确定了四种不同精馏序列三塔变压精馏最佳工艺参数。A-M-B、A-B-M、M-A-B和M-B-A精馏序列的最小TAC分别为8.239×105$/y、1.138×106$/y、1.204×106$/y和1.260×106$/y，A-M-B精馏序列经济性最优。
　　在A-M-B精馏序列最佳稳态工艺流程基础上，探究了双塔之间和三塔之间部分热量集成和完全热量集成的三塔变压精馏过程经济性。部分热集成中，C1和C2双塔部分热集成技术经济性最优，其最小TAC为6.634×105$/y。完全热集成中，C1和C2双塔完全热集成技术经济性最优，相应的TAC为6.406×105$/y。
　　借助Aspen Plus Dynamics动态模拟软件，考察了三种不同热集成方式的三塔变压精馏动态策略。针对无热集成三塔变压精馏过程，选用靠近进料位置的第19块板作灵敏板的控制结构的稳定时间比远离进料位置的第4块板作灵敏板的控制结构的短；针对C1和C2双塔部分热集成动态控制，温度-组成串级控制结构很好地处理10％进料扰动，但动态变化曲线振荡幅度大；针对C1和C2双塔完全热集成动态控制，采用压力补偿温度控制方式减小了振荡幅度获得了较好的抗扰动能力。

目录

符号说明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 三元相图

1.3 多元共沸物特殊分离工艺

1.4 变压精馏

1.5 课题研究内容和意义

2 物性选择及优化软件设计

2.1 物性方法

2.2 甲醇-乙腈-苯体系压力敏感性

2.3 三塔变压精馏优化软件

2.4 本章小结

3 三塔变压精馏工艺的设计与优化

3.1 乙腈-甲醇-苯精馏序列设计与优化

3.2 乙腈-苯-甲醇精馏序列设计与优化

3.3 甲醇-乙腈-苯精馏序列设计与优化

3.4 甲醇-苯-乙腈精馏序列设计与优化

3.5 本章小结

4 乙腈-甲醇-苯精馏序列热集成工艺分析

4.1 部分热集成工艺设计

4.2 完全热集成工艺设计

4.3 本章小结

5 乙腈-甲醇-苯精馏序列不同热集成工艺的动态特性

5.1 无热集成技术

5.2 C1和C2双塔部分热集成技术

5.3 C1和C2双塔完全热集成技术

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间取得的学术成果

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