多效精馏分离甲醇-水体系的工艺研究

1、石油与天然气化工CHEMICAL ENGINEER ING OF OIL&GAS多效精馏分离甲醇一水体系的工艺研究杨德明孙磊(江苏工业学院化学化工学院摘要针对传统甲醇回收工艺的高能耗问题,本文提出了分离甲醇一水体系的双效、三效和四效精馏工艺流程。利用ASPEN PLUS化工模拟软件中的RADFRAC模块和WILSON热力学计算模型,系统模拟了多效顺流、多效逆流分离不同甲醇浓度的工艺。以能耗最低为目标函数、各塔顶甲醇蒸出量为决策变量,确定了各种回收工艺的最佳条件(包括塔压分布。利用ASPEN PLUS软件中的流体力学计算模决,计算出各塔的设备参数,包括附属冷换设备的面积。并以多效精馏与单

2、塔精馏总费用的相对值最低为目标函数,确定分离甲醇一水体系的最佳方案为三效顺流精馏工艺。研究结果表明,该工艺与单塔工艺相比,处理浓度分别为70%、80%和85%的甲醇物料时,节能分别为57.8%、57.5%和58.0%。关键词甲醇一水多效顺流精馏多效逆流精馏能耗DOI:10.3969/j.issn.10073426.2010.01.005多效精馏n33是利用高压塔的塔顶蒸汽冷凝潜热,来加热相邻低压塔的塔底物料,两塔共用一个热交换器,以达到节约能量和投资的目的。杨兆娟4分析了乙醇一水物系多效精馏的技术路线和节能方案。Hlmeier J等5设计了一套通用的双效精馏工艺流程,并制定出了双效精馏在具体实

3、施时采用的控制方案。Myungwan Han67等人研究了含水物系双效精馏的控制与优化。王葳8等提出了计算多效精馏的数学模型与优化计算方法。张鹏等一1就进料组成对双效精馏节能效果的影响作了研究,结果表明,轻组分含量越高,其节能效果越好。笔者10也曾对DMF-水物系的多效精馏工艺进行过模拟研究,结果表明节能效果是非常明显的。本文利用ASPEN PLUS化工模拟软件的优化计算功能,系统模拟了多效精馏用于分离不同浓度甲醇一水体系工况,并通过优化计算确定各效的最佳工艺参数,由此算出各种回收方案的操作费用和设备投资,从中筛选出最佳的工艺回收路线,为多效精馏分离甲醇一水生产工艺的设计提供基础数据。1多效精

4、馏分离甲醇一水工艺方案与模拟规定研究中,笔者提出了双效、三效和四效分离流程,但由于四效以上的流程设备投资加大,工业化价值不大,因此四效不作研究。以顺流和逆流三效分 离流程为例,工艺流程见图1和图2。 石油与天然气化工16CHEMICAL ENGINEERING OF OIL&GAS2010黼项目单塔警乏;。塔三筹气塔,塔:罢效兹甲醇进料浓度为85%的工况P。kPa(A100350100650350100650350100D,kg/h42503170108017501350115011801320950L.kg/h637557301945260023002050178017501700丁

5、1412128111l889+口,mm13081290112010501020108013201170920TD,64.3i00.264.3121.298.564.3121.298.564.3Tw,98.8138.287.8161.5108.380.5161.5110.784.7A。m2489.5621.7711.4907.6Qc.kcal/h2.58E+61.62E+61.36E+61.19E+6Qr,kcal/h2.88E+61.70E+61.31E+61.20E+6说明:表2和表3中的A是指精馏塔顶冷凝器和塔底再沸器换热面积之和。规定以上模拟条件,利用ASPEN软件中的严格精馏模块(RA

6、DFRAC和WILSON物性计算模型,通过各效塔顶甲醇蒸出量和操作压力的反复试差,得到多效顺流和多效逆流精馏的各效操作参数、整个多效分离体系的能耗以及相应的设备参数,详细模拟结果见表2和表3。3结果与讨论3.1能耗与效数的关系将上述模拟结果绘制成能效关系图,即QrNt 关系图,结果见图3至图5。可见,随着效数的增加,能耗急剧下降,但效数超过三效后,能耗的下降趋于缓慢,因此从工业化角度来考虑,采用三效精馏工艺比较合适。3.2综合费用与效数的关系精馏分离过程的总运行费用主要由以下两部分组成,即操作费用(包括再沸器蒸汽费用Q、冷凝器冷却水费用B和设备费用(分离塔和换热器费用的总和的折旧费用丫,假定设

7、备的使用年限为15年,则有:口=C。Q,/2500.0;p2C。Q。/5000.0;,=I-c。(7cNT雪2/4+CAA'/15。惜 一姗。渤舭 多效精馏分离甲醇-水体系的工艺研究作者:杨德明, 孙磊作者单位:江苏工业学院,化学化工学院刊名:石油与天然气化工英文刊名:CHEMICAL ENGINEERING OF OIL AND GAS年,卷(期:2010,39(1参考文献(10条1.张鹏;高维平;王琨进料组成对双效精馏节能效果的影响期刊论文-化学工程 2006(112.王葳;高维平多效精馏流程的优化设计计算 1996(043.Kumar sanjeev;Tiwari GN Opti

8、mization of daily yield for an active double-effect distillation with water flow 19994.杨德明;郭新连多效精馏回收DMF工艺的研究期刊论文-计算机与应用化学 2008(105.Myungwan Han and sunwon Multivariable control of double-effect distillation configurations外文期刊 1996(046.Hlmeier J;Rix A Interactive plant and control design of a double-effect distillation column1996(047.杨兆娟乙醇-水精馏节能技术分析期刊论文-青海大学学报 2001(038.Fiorini P;Sciubba E Modular simulation and thermoeconomic analysis of a multi-effect distillation desalination plant 2006(049.Henning Raach;Jovan Mitrov