甲/乙醇—四氢呋喃体系的共沸特性及其变压精馏分离工艺优化

摘要

本文对甲/乙醇-四氢呋喃两种压力敏感性共沸物系的变压精馏分离工艺进行了研究。
　　在对甲/乙醇-四氢呋喃体系共沸特性的研究基础上，确定了采用变压精馏作为其分离的工艺。使用AspenPlus模拟软件，基于最小年度总费用TAC，对甲/乙醇-四氢呋喃变压精馏分离工艺进行优化，获得最佳的精馏塔操作工艺参数及相应的设备参数。
　　研究了两种进料组成的甲醇-四氢呋喃体系，此体系的优化结果符合最低共沸物变压精馏一般设计规则，塔顶组成稍稍偏离所对应压力下的共沸组成。研究发现对于25％THF进料组成的体系，应采用先低压再高压的塔序列并使用完全热集成方案，而对于75％THF进料组成的体系，先高压再低压的塔序列使用完全热集成工艺是合适的。该结论说明，高低压塔序列和热集成方案选择均受进料组成的影响。
　　对10％、50％和90％THF三种进料组成的乙醇-四氢呋喃体系进行研究，发现乙醇-四氢呋喃体系是很特殊的压力敏感性物系，虽然共沸组成随压力改变非常明显，但是对其的优化不符合最低共沸物变压精馏一般设计规则，塔顶组成偏离共沸组成很大。这一现象应归因于乙醇-四氢呋喃体系所特有的共沸特性，值得进一步深入研究。对于乙醇-四氢呋喃体系，进料组成也影响高低压塔序列和热集成方案。
　　此外，研究了高压塔塔顶冷凝器热负荷与低压塔塔底再沸器热负荷数量关系对热集成方案选择的影响，由数量关系确定热集成方案，简化了热集成方案优化中计算过程。

目录

摘要

符号说明

前言

1 文献综述

1．1 共沸物及其分离方法

1．1．1 共沸物及形成机理

1．1．2 共沸的判据

1．1．3 共沸物分离技术进展

1．2 变压精馏

1．2．1 变压精馏的典型流程

1．2．2 变压精馏研究进展

1．2．3 变压精馏的节能优化

1．3 化工流程模拟

1．3．1 稳态流程模拟在精馏工艺优化中的研究进展

1．3．2 动态模拟在精馏工艺中的应用进展

1．3．3 Aspen Plus模拟平台

1．4 本课题的研究内容和意义

2 压力敏感性与经济核算模型

2．1 二元物系的压力敏感性

2．1．1 甲醇-四氢呋喃共沸组成与压力的关系

2．1．2 乙醇-四氢呋喃共沸组成与压力的关系

2．2 费用模型

2．3 本章小结

3 变压精馏压力配置与序贯迭代法优化

3．1 甲醇-四氢呋喃体系压力确定

3．2 乙醇-四氢呋喃体系压力确定

3．4 物性模型设定

3．5 序贯迭代法优化流程

3．5．1 Aspen模拟工艺流程

3．5．2 设计规定

3．5．3 序贯迭代法

3．6 本章小结

4 甲醇-四氢呋喃变压精馏优化

4．1．25％(THF摩尔分数)进料组成，无热集成优化

4．1．1 最佳进料位置

4．1．2 回流比与TAC关系

4．1．3 塔板数优化

4．1．4 讨论

4．2 25％(THF摩尔分数)进料组成，部分热集成优化

4．3 25％(THF摩尔分数)进料组成，完全热集成优化

4．4 75％(THF摩尔分数)进料组成，部分热集成优化

4．5 75％(THF摩尔分数)进料组成，完全热集成优化

4．6 本章小结

5 乙醇-四氢呋喃变压精馏优化

5．1 50％(THF摩尔分数)进料组成，无热集成优化

5．1．1 基于变压精馏一般规律的初值计算

5．1．2 基于最小TAC优化所得的循环流量及相应的回流比

5．1．3 最佳理论板数

4．1．4 优化结果

5．2 进料组成与塔序列的关系

5．3 热集成方案选择

5．3．1 50％THF进料组成的热集成优化

5．3．2 90％THF进料组成的热集成优化

5．3．3 100％THF进料组成的热集成优化

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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