多组分萃取—精馏分离塔系的设计与节能研究

【摘要】： 为了开发具有特殊性能和用途的低醇解度聚乙烯醇(简称PVA),研究者提出可通过加入相变促进剂(简称PA)降低溶剂的溶解度参数,使聚合物在醇解度较低时即可变得不溶而固化,从而得到固相为低醇解度的PVA。与固相分离后的液相混合溶剂为乙酸甲酯、甲醇和PA,极难分离,需对混合溶剂的分离进行研究。 萃取-精馏作为一种分离近沸点混合物的技术,在石油化工领域得到应用。作者经分析萃取-精馏耦合过程的特点,提出以萃取-精馏耦合方式分离该混合溶剂,并建立了相关的平衡级数学模型。 单级萃取实验的结果表明用水做萃取剂萃取混合溶剂中乙酸甲酯和甲醇是可行的。在萃取-精馏耦合的提纯过程中,由于多组分的分离其分离序列不唯一,可采用经验规则法通过总汽相流率的预测来确定分离序列。作者根据混合溶剂的分离要求,用Underwood方程计算总汽相流率,并设计了直接分离序列和间接分离序列。对总汽相流率的计算表明直接分离序列的总汽相流率大于间接分离序列,即直接分离序列能耗高于间接分离序列。本研究应用UNIQUAC热力学模型,采用单级萃取实验回归二元交互作用参数,对提出的分离序列进行模拟计算,优化了分离工艺中萃取塔、精馏塔的关键操作参数,对直接分离序列和间接分离序列中设备的能耗进行了计算,结果表明直接分离序列的总能耗为6605.67KW,间接分离序列总能耗为4159.07KW,与总汽相流率计算的直接分离序列能耗高于间接分离序列的结论相吻合。 作者应用夹点技术分别对两种分离序列进行了用能诊断,且对冷热物流进行了合理匹配,以达到节能目的。通过经济性评价看出,直接分离序列、间接分离序列年公用工程分别为597.39251万元和382.42439万元,通过热集成后分别为586.55138万元和337.80415万元,可见对间接分离序列进行热集成可获得显著的经济效益。 【关键词】：萃取-精馏 分离序列 夹点 热集成
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ021.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 前言12-13
• 1 文献综述13-27
• 1.1 聚乙烯醇发展概述13-14
• 1.2 化工分离技术14-18
• 1.2.1 萃取单元操作14-15
• 1.2.2 萃取操作过程的特点15-16
• 1.2.3 萃取流程的选择16
• 1.2.4 精馏单元操作16-17
• 1.2.5 萃取-精馏耦合分离技术17-18
• 1.3 过程系统工程18-20
• 1.3.1 过程系统综合18-19
• 1.3.2 分离过程综合的研究19-20
• 1.4 分离序列综合的研究20-23
• 1.4.1 经验规则法20-21
• 1.4.2 进化调优法21
• 1.4.3 分离系数法21-22
• 1.4.4 相对费用函数22
• 1.4.5 分离序列综合的描述22-23
• 1.5 多组分分离塔系的热集成23-26
• 1.5.1 夹点分析法24-25
• 1.5.2 热力学分析法25
• 1.5.3 热经济学分析法25
• 1.5.4 数学规划法25-26
• 1.6 本文研究内容26-27
• 2 萃取-精馏耦合过程模型与模拟27-45
• 2.1 萃取-精馏耦合过程的数学模型及其求解27-33
• 2.1.1 萃取-精馏耦合过程的数学模型27-29
• 2.1.2 萃取-精馏耦合平衡级模型的求解29-33
• 2.2 化工过程系统模拟33-38
• 2.2.1 热力学方法的选择35
• 2.2.2 溶液热力学模型35-38
• 2.3 ASPEN PLUS 简介38-40
• 2.3.1 Aspen Plus 单元操作模型39-40
• 2.3.2 Aspen Plus 数据库40
• 2.4 萃取-精馏流程的模拟40-44
• 2.4.1 萃取-精馏塔的控制变量41
• 2.4.2 萃取-精馏分离塔系模拟模块的选择41-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 萃取-精馏分离塔系设计与模拟优化45-68
• 3.1 萃取-精馏分离方案的提出45-51
• 3.1.1 乙酸甲酯、甲醇和PA 三元混合物的热力学分析45-46
• 3.1.2 单级萃取实验46-48
• 3.1.3 单级萃取实验结果48-51
• 3.2 萃取-精馏节能设计51-56
• 3.2.1 多组分萃取-精馏分离序列51-52
• 3.2.2 总汽相流率的预测52-56
• 3.3 精馏过程混合物系的分离数据56-58
• 3.4 多组分萃取-精馏模拟计算58-66
• 3.4.1 单级萃取模拟计算58-60
• 3.4.2 萃取塔模拟与优化60-61
• 3.4.3 萃取塔理论板数的模拟优化61-62
• 3.4.4 萃取剂加入量的模拟优化62-63
• 3.4.5 不同分离序列模拟优化63-65
• 3.4.6 萃取-精馏分离工艺评价65
• 3.4.7 萃取-精馏分离塔系能耗分析65-66
• 3.5 本章小结66-68
• 4 多组分萃取-精馏分离塔系的热集成68-83
• 4.1 萃取-精馏流程集成的约束条件68-69
• 4.2 多组分萃取-精馏流程的热集成方法69-71
• 4.2.1 夹点技术69
• 4.2.2 组合曲线与夹点69-71
• 4.3 多组分萃取-精馏热集成过程的具体步骤71-72
• 4.4 直接分离序列热集成72-77
• 4.4.1 物流数据确定72-73
• 4.4.2 夹点的确定73-74
• 4.4.3 热集成方案74-75
• 4.4.4 热集成前后各塔能耗比较75-76
• 4.4.5 热集成前后分离效果比较76-77
• 4.5 间接分离序列热集成77-81
• 4.5.1 物流数据的确定77-78
• 4.5.2 夹点的确定78-79
• 4.5.3 热集成方案79-80
• 4.5.4 热集成前后各塔能耗比较80-81
• 4.5.6 间接分离序列热集成前后分离效果比较81
• 4.6 直接、间接分离序列公用工程比较81-82
• 4.7 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果90-91

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