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现代化工 2020年第5期40卷 219-222,226页

作者：高晓新王天宇陈梦圆李涛杨德明常州大学石油化工学院江苏常州213164

利用Aspen Plus软件对乙腈和水的分离分别采用常规变压精馏工艺和变压热集成精馏工艺进行模拟,选用UNIQUE物性方法进行计算,以能耗最低为目标函数,满足乙腈和水的质量分数都不低于99%,对常规变压精馏和变压热集成精馏进行了分析,从而确... 详细信息

利用Aspen Plus软件对乙腈和水的分离分别采用常规变压精馏工艺和变压热集成精馏工艺进行模拟,选用UNIQUE物性方法进行计算,以能耗最低为目标函数,满足乙腈和水的质量分数都不低于99%,对常规变压精馏和变压热集成精馏进行了分析,从而确定最佳工艺。对于常规变压精馏工艺,高压塔理论板数为14,进料板位置9,回流比1. 1;常压塔理论板数为12,进料板位置8,回流比1. 6。对于变压热集成精馏工艺,高压塔进料板位置为7,回流比为1. 17;常压塔进料板位置为8,回流比为1. 6。与常规变压精馏相比,变压热集成精馏再沸器能耗降低49. 75%,冷凝器能耗降低51. 53%,且无需增加再沸器和冷凝器。

关键词：乙腈-水变压精馏变压热集成节能

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水合肼生产工艺开发及其节能研究

水合肼生产工艺开发及其节能研究

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作者：刘硕青岛科技大学

学位级别：硕士

水合肼由于其具有较强的还原性,在有机合成领域被广泛应用,是一种重要的精细化工中间体和原料。目前,有拉西法、尿素法、酮连氮法和双氧水法四种工艺实现了工业化的生产,其中尿素法和酮连氮法是我国水合肼厂家应用最多的工艺。由于国外... 详细信息

水合肼由于其具有较强的还原性,在有机合成领域被广泛应用,是一种重要的精细化工中间体和原料。目前,有拉西法、尿素法、酮连氮法和双氧水法四种工艺实现了工业化的生产,其中尿素法和酮连氮法是我国水合肼厂家应用最多的工艺。由于国外对双氧水法的技术封锁,所以在未来几年,酮连氮法在国内会迅速发展。本文以酮连氮法基础工艺为出发点,围绕节能降耗对基础工艺进行优化,为水合肼的实际生产节能技术改造提供一定的理论参考。由于Aspen Plus自带的数据库中缺失丙酮连氮的物性数据,因此需要利用基于基团贡献法的Property Estimation来对该物质的相关物性数据进行估算。同时为了保证模拟结果的可靠性,根据文献中关键组分的气液相平衡数据对关键组分间的二元气液相平衡数据进行了校正。对于工艺中的反应过程,选取了合适的动力学方程对反应过程进行描述。根据工艺过程所涉及的物系特点,选取了NRTL方程作为工艺模拟计算的热力学模型。利用Aspen Plus对酮连氮法基础生产工艺进行模拟计算,然后通过灵敏度分析对各个塔的参数进行了优化,最终得到了质量分数为80%的水合肼溶液,丙酮连氮的转化率达到了99.47%,收率达到了99.45%(以氮计)。在保证产品指标和产量不变的前提下,以年度总费用(TAC)最小为优化目标,基于序贯迭代法对工艺操作参数进行优化,优化后工艺对应TAC比优化前降低14.03%。为解决生产工艺耗能过大的问题,试图将工艺中塔顶的汽化潜热二次利用,对工艺可以进行热交换的物流进行热集成。通过分析发现,冷热物流之间没有可以直接进行换热的流股,但是发现浓缩塔的塔顶与丙酮塔的塔釜仅存在7.8°C的温差,因此提出了变压热集成工艺。即通过增大浓缩塔的操作压力使得浓缩塔顶热流股满足为丙酮塔塔釜供热的条件。在满足换热的基础上,分析了浓缩塔不同的操作压力对TAC的影响,通过分析发现浓缩塔操作压力为130 k Pa时,热集成后的设备费用上涨了8.3%,操作费用下降了16.1%,热集成后的对应的TAC最小为4.907×10$/y,相对于优化后的基础工艺TAC下降了14.84%。为进一步降低工艺的能耗,对各模块进行分析,发现丙酮连氮塔能耗过高,因此利用逆流双效精馏节能技术对丙酮连氮精馏塔进行改进。通过不同操作压力的双塔,实现塔顶汽化潜热的二次利用,达到节能的目的。通过对模拟优化后双效精馏的经济性分析,发现相对于变压热集成工艺操作费用降低了12.7%,总TAC降低了11.77%,与基础工艺相比TAC降低了24.86%。为了保证水解精馏塔的稳定运行,对水解塔的动态控制进行了研究,评估了温度和温度-组分串级控制结构的相应灵敏度,发现温度-组分串级控制结构不仅能快速做出相应,而且可以保证组分的纯度。针对酮连氮法生产水合肼过程中产生的高盐废水问题展开了研究,应用了空气动力能低温蒸发工艺对废水进行处理并对工艺进行了改进优化。通过利用小试实验对酮连氮法产生的高盐、高COD废水进行处理,结果:水回收率约为65.5%,COD较原水降低95.3%左右,可通过后续生化处理单元降解至排放标准,由实验数据可得小试工艺的除盐效果极佳。最后通过Aspen Plus对工艺进行模拟,发现洗涤塔的塔顶温度对工艺的费用影响较大,并且提出了4种改造工艺,最优工艺的理论处理成本仅为33.5元/吨(现有工艺的操作费用约为200元/吨),具有较大的经济性。

关键词：水合肼变压热集成双效精馏动态模拟废水处理

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