能量节约型萃取精馏过程的研究设计与优化

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1、４ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８巧一？Ｊ補Ｉ細４＇！．讀ｔ騰气硕±学位论文学科专业：化学工程梁凯作者姓名：指导教师；许春建硏究员Ｓａ；天津大学研究生院ｉＢＵ＾Ｊｌｉ２０１５年５月．一？．独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作和取稱的，研究成果除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证＾书而使巧过的材料。与我同工作的同

2、志对本研巧所瞄的任何贡献巧己在论文中作了明确的说明并表示了谢意．。学位论文作者签名签字日期：年５月？日＾ｒ＾，学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｌ义陪学位论文的全部或部分内容编入有关数据席进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阔。同慧学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盎，。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：女签字。削：多年Ｓ巧７／日签字日期：年ｙ月Ｖ］）曰能量节约型萃取精馏过程的研究：设计与

3、优化Energy-efficientExtractiveDistillationSystem:DesignandOptimization学科专业：化学工程研究生：梁凯指导教师：许春建研究员天津大学化工学院二零一五年五月摘要萃取精馏是一种经常使用的分离共沸物的方法。萃取精馏分离序列主要有两塔流程序列和带有预浓缩塔的三塔流程序列。为了提高萃取精馏的能量效率，本文分别针对两塔流程以及三塔流程进行了节能研究。采用AspenPlus过程模拟软件对流程进行设计、模拟并以年度总费用TAC为经济优化目标函数对过程进行优化。针对带有预浓缩塔的萃取精馏过程（三塔流程），通过结合预浓缩塔与溶剂回收塔得到

4、一个既具有较小能耗又具有较小设备投资的新流程，通过异丙醇/水（二甲基亚砜为萃取剂）和乙腈/水（乙二醇为萃取剂）两个案例去对常规流程和新流程进行分析比较，结果表明，新流程比常规流程分别减少能耗约13.7%和16.3%，并且新流程比常规流程分别减少TAC约12.1%和14.4%。基于三塔常规萃取精馏流程的一种特殊现象即萃取剂的加入逆转了组分之间的相对挥发度，通过结合预浓缩塔和萃取精馏塔得到了一种既具有较小能耗又具有较小设备投资的新流程。通过正丙醇/水（N-甲基吡咯烷酮为萃取剂）和乙醇/乙酸乙酯（糠醛为萃取剂）两个案例去对常规流程和新流程进行分析比较，结果表明，新流程比常规流程分别减少能

5、耗约22.8%和17.3%，并且新流程比常规流程分别减少TAC约17.6%和15.2%。基于两塔常规萃取精馏流程，通过进料流股切割以及结合预浓缩塔和溶剂回收塔得到了一种既具有较小能耗又具有较小设备投资的新流程。通过异丙醇/水（二甲基亚砜为萃取剂）和乙腈/水（乙二醇为萃取剂）两个案例去对三塔、两塔常规流程和新流程进行分析比较，结果表明，两塔流程比三塔流程具有明显的优势，新流程比两塔流程分别减少能耗约14.0%和14.8%，并且新流程比常规流程分别减少TAC约11.5%和13.1%。关键词：萃取精馏;节能;设计与优化;异丙醇/水;乙腈/水;正丙醇/水;乙醇/乙酸乙酯ABSTRACTEx

6、tractivedistillationisawidelyusedalternativewhichcanbeexploitedtoseparateazeotropicmixtures.Ingeneral,foratwo-componentmixturetheextractivedistillationprocessismadeupoftwocolumns,i.e.anextractivediatillationcolumnandasolventrecoverycolumnorthreecolumns,i.e.apreconcentrationcolumn、anextractived

7、iatillationcolumnandasolventrecoverycolumn.Toimprovetheenergyefficiencyoftheextractivediatillation,energy-savingmethodisstudiedinthispaperforbothtwo-columnsequenceandthree-columnsequence.Rigoroussteadystatesimulationswereimplementedonch