乙腈法抽提丁二烯流程节能优化及动态特性研究

作     者：陈金财 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙津生

授予年度：2020年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：丁二烯 隔板塔 萃取精馏隔板塔 响应曲面法 动态特性 

摘      要：随着我国煤化工和乙烯工业的不断发展,副产的裂解碳四产量不断增加。如何对煤基碳四深加工技术进行改进,实现提高产品附加值同时增加企业效益备受关注。混合裂解碳四中具有20%的重要化工原料丁二烯,经抽提（萃取）精馏提纯后具有较高的工业应用价值。但传统丁二烯抽提过程热力学效率低、设备需求量大、投资成本较高,在抽提工艺中引进节能技术的产业前景巨大。丁二烯抽提工艺由于萃取剂的差异具备不同的特点。鉴于乙腈溶剂来源丰富、价格低廉等优势以及隔板塔技术的节能优越性,本文以乙腈法抽提丁二烯工艺为基础采用隔板塔模型进行流程耦合及其节能工艺优化。根据乙腈法抽提工艺的特点,本课题首先将常规流程萃取精馏工段和丁二烯精制工段分别经热力学等价转换为双隔板萃取精馏隔板塔和完全热耦合隔板塔。然后在Aspen Plus软件分别搭建常规流程和耦合流程计算模型,其中软件内缺乏的二元交互作用参数通过拟合相关体系的汽液平衡数据和软件模型估算的方法获得。模拟完成后以年总成本（TAC）为指标对以上流程模型分别进行经济性评估,发现耦合流程比常规流程节能17.73%,TAC降低15.84%。为获得TAC更优的隔板塔流程,本文又运用Minitab软件通过响应曲面法（RSM）对耦合流程隔板塔内各变量参数进行实验设计及参数优化,将耦合流程对常规流程的节能和TAC优势分别扩大至19.57%和17.79%。在此基础上,采用Aspen Plus Dynamics软件对隔板塔优化流程进行动态特性研究,针对隔板塔工艺特点设计相应的温度控制结构。在进料流量及进料组成±5%的扰动下,体系在控制系统的作用下能较快的维持稳定并生产符合要求的丁二烯产品,体现出耦合流程的较强鲁棒性。综上,采用隔板塔耦合方案对复杂多组分精馏过程进行改进,构建仅含双隔板萃取精馏隔板塔和完全热耦合隔板塔的强耦合流程。随后运用响应曲面法解决了复杂多组分隔板塔流程收敛难度较大造成的参数难以整体性同步寻优的问题。之后通过流程动态特性研究验证其操作可行性。论文研究思路及方法可供丁二烯生产行业发展作参考并为其他多组分复杂精馏过程的研究所借鉴。