反應--分離系統(tǒng)能量集成的研究.pdf

1、在多組分精餾系統(tǒng)中，能耗占很大的比重，尤其是低溫精餾，通常能耗占整個分離成本的50％-70％。因此節(jié)能的方法除了設計合理的精餾操作溫度和壓力以外，還應該考慮到精餾塔的冷凝器、再沸器與換熱網(wǎng)絡的匹配問題。在實際的化工生產(chǎn)過程中，預先確定了生產(chǎn)工藝條件，一部分物流需要被加熱到一定溫度，而另一部分物流則需要被冷卻到一定溫度。因此，如何有效地合理地組織這些冷、熱物流以及這些冷、熱物流的交換問題，就成了提高整個工藝流程及設備的關鍵問題。
　

2、　 反應過程和分離過程是化工裝置的核心，其結構的優(yōu)劣直接影響了整個裝置的合理性和先進性。因此探討反應-分離系統(tǒng)能量集成問題的理論和方法具有重要意義。放熱反應的反應-分離系統(tǒng)可通過工藝設計實現(xiàn)能量集成的效果。本文對反應-分離系統(tǒng)工藝參數(shù)之間的相互影響進行研究。根據(jù)反應-分離過程的耦合性和能量匹配規(guī)律，以T-H圖為基礎，提出了一種反應-分離系統(tǒng)逐步優(yōu)化的能量集成策略。利用Aspen Plus軟件，以連續(xù)反應合成乙二醇丁醚醋酸酯和乙二醇乙醚

3、醋酸酯的工藝流程為例，考察了該策略的實用性。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)利用Aspen Plus軟件，對連續(xù)反應生產(chǎn)乙二醇丁醚醋酸酯以及乙二醇乙醚醋酸酯的的工藝流程進行設計，物性方法選擇NRTL方程，建立了乙二醇丁醚醋酸酯和乙二醇乙醚醋酸酯的生產(chǎn)工藝流程。并且利用DSTWU模塊計算反應的理論板數(shù)、最小回流比，確定各個精餾塔的實際塔板數(shù)和回流比。為后續(xù)的模擬操作參數(shù)的初步設定奠定了基礎。
　　 (2)以T-H圖為基礎，不斷

4、調(diào)整冷熱物流參數(shù)及操作條件，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡，提出了反應-分離系統(tǒng)能量集成的逐步優(yōu)化策略以實現(xiàn)精餾塔與換熱網(wǎng)絡的熱集成的目的。該策略分為以下三個步驟：
　　 ⅰ.構造系統(tǒng)冷、熱物流組合曲線及系統(tǒng)總組合曲線。根據(jù)給定的條件，在Aspen Plus的模擬下初步設定體系的操作參數(shù)，計算后在T-H圖上標繪各物流，構造冷、熱物流的組合曲線及總組合曲線。
　　 ⅱ.系統(tǒng)能量集成分析。調(diào)整組合曲線的位置，提高熱物流曲線的高溫段溫度，或者降

5、低冷物流曲線的低溫段溫度，使冷、熱物流曲線具有更好的匹配性，以減少額外添加的冷、熱公用工程能耗。
　　 ⅲ.工藝條件優(yōu)化。根據(jù)調(diào)整后的溫度重新設計過程的操作壓力。由反應-分離系統(tǒng)各個工藝參數(shù)之間的聯(lián)系，不斷調(diào)整工藝參數(shù)，以達到能量集成的目的。重復上述步驟直至系統(tǒng)的公用工程能耗不再減小，則該操作條件為系統(tǒng)最優(yōu)的操作參數(shù)。
　　 (3)分別以乙二醇丁醚醋酸酯和乙二醇乙醚醋酸酯的的反應-分離過程為例，考察了反應-分離系統(tǒng)逐步優(yōu)

6、化的能量集成策略的實用性。通過Aspen Plus的模擬計算確定了初步的操作參數(shù)，并考察了反應進料摩爾配比和反應轉(zhuǎn)化率對系統(tǒng)總的熱負荷的影響，確定了當反應進料的醇酸摩爾配比為1:1，轉(zhuǎn)化率為90％時，系統(tǒng)總的熱負荷能耗為最小。利用模擬出的數(shù)據(jù)，構建出系統(tǒng)的冷、熱物流組合曲線及系統(tǒng)總組合曲線。利用逐步優(yōu)化能量集成的三步策略，對系統(tǒng)的總組合曲線進行分析，以分離塔的操作壓力為變量，考察了不同操作壓力對系統(tǒng)的冷、熱公用工程的影響。分別得出了使系

7、統(tǒng)總的公用工程負荷最少的最優(yōu)操作參數(shù)。通過工藝條件的調(diào)整，乙二醇丁醚醋酸酯生產(chǎn)工藝總的公用工程能耗由156.3kW降低至101.4kW,系統(tǒng)額外添加的公用工程能耗減少了三分之一以上，而乙二醇乙醚醋酸酯的生產(chǎn)工藝總的公用工程能耗也由102.7kW降低至94.5kW。驗證了本文提出的逐步優(yōu)化的能量集成策略是非常有效的。提高了全系統(tǒng)的能量利用效率，達到了系統(tǒng)精餾塔與換熱網(wǎng)絡能力集成的目的。證明了用本文所提出的反應-分離系統(tǒng)逐步優(yōu)化的能量集成策