特殊精馏分离丙酮—三氯甲烷共沸物的设计与控制

【摘要】：精馏是化工过程中主要的分离手段,提高精馏过程中能源的利用率、开发低能耗的热耦合精馏技术是化工过程的必然趋势。共沸物的分离工业中常采用变压精馏、萃取精馏等方法,但不同体系适合不同的方法。本文运用精馏节能思想分离药厂生产某药过程中产生的丙酮-三氯甲烷有机废液,提出几种可行的分离手段并进行比较,对其进行稳态模拟和动态控制研究。 针对变压精馏,分析操作压力和回流比等对工艺的影响,建立变压精馏工艺和经济优化次序,采用年总费用TAC优化方法,计算出最优操作参数；并对变压精馏进行热耦合,TAC减少了30.40%。 针对萃取精馏,采用性质约束法筛选出萃取剂二氯亚砜,利用剩余曲线确认精馏分离序列可行性,优化得TAC比变压精馏减少了66.00%；提出两种精馏控制结构,双温度控制比R/F恒定控制结构对扰动更容易平稳控制,控制丙酮在萃取精馏塔塔釜的含量非常重要。 针对隔壁萃取精馏塔,考察萃取剂量和回流比、气相出料量和位置对工艺的影响,优化后较普通萃取精馏TAC减少了21.82%,原因在于减少了三氯甲烷的返混；提出改进的QR/F控制结构比VR/QR恒定控制结构更能保证目标产品的纯度,控制分气比βv在设计和控制尤为关键。 研究表明,三种工艺中隔壁萃取精馏塔最为经济且能平稳控制,主塔板数34、侧线精馏塔板数14、萃取剂流量为5600kg/h时,TAC最小为$3.2521×105/a。 【关键词】：丙酮 三氯甲烷 萃取精馏 隔壁精馏塔 动态控制
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ028
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-9
• 第1章 前言9-11
• 1.1 课题背景9
• 1.2 课题研究目的与内容9-11
• 第2章 文献综述11-23
• 2.1 共沸物的分离11-17
• 2.1.1 变压精馏11-14
• 2.1.2 共沸精馏14-15
• 2.1.3 萃取精馏15-17
• 2.2 隔壁精馏塔与精馏节能17-21
• 2.2.1 精馏过程节能17
• 2.2.2 隔壁精馏塔原理17-19
• 2.2.3 隔壁精馏塔特性19-20
• 2.2.4 隔壁精馏塔研究现状20-21
• 2.3 化工过程稳态与动态模拟21-23
• 2.3.1 Aspen Plus简介21-22
• 2.3.2 Aspen Dynamics简介22-23
• 第3章 变压精馏分离丙酮-三氯甲烷的设计与模拟23-36
• 3.1 变压精馏的分析与设计23-28
• 3.1.1 物性方法选择和验证23-24
• 3.1.2 操作压力24-26
• 3.1.3 循环物流量26-27
• 3.1.4 回流比27
• 3.1.5 变压精馏过程设计27-28
• 3.2 变压精馏的优化28-32
• 3.2.1 优化参数28-29
• 3.2.2 优化方法29-31
• 3.2.3 优化结果31-32
• 3.3 变压精馏的热耦合32-35
• 3.3.1 热耦合方法32-33
• 3.3.2 热耦合结果33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 萃取精馏分离丙酮-三氯甲烷的设计与控制36-53
• 4.1 萃取剂的筛选36-39
• 4.1.1 性质约束法初选萃取剂36-37
• 4.1.2 灵敏度分析确定萃取剂37-39
• 4.2 萃取精馏的分析与设计39-43
• 4.2.1 剩余曲线分析39-40
• 4.2.2 萃取精馏过程设计40-43
• 4.3 萃取精馏的优化43-47
• 4.3.1 优化方法43-44
• 4.3.2 优化结果44-47
• 4.4 萃取精馏的控制47-51
• 4.4.1 R/F恒定控制结构48-49
• 4.4.2 改进的双温度控制结构49-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 隔壁萃取精馏塔分离丙酮-三氯甲烷的设计与控制53-69
• 5.1 隔壁萃取塔的分析53-55
• 5.2 隔壁萃取塔的过程设计55-59
• 5.2.1 萃取剂流量和回流比的影响55-56
• 5.2.2 气相出料量和位置的影响56-59
• 5.3 隔壁萃取塔的经济优化59-63
• 5.3.1 优化方法59-60
• 5.3.2 优化结果60-63
• 5.4 隔壁萃取塔的性能评价63-64
• 5.5 隔壁萃取塔的控制64-68
• 5.5.1 V_R/Q_R恒定控制结构64-66
• 5.5.2 改进的Q_R/F控制结构66-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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