变压精馏分离甲苯-乙醇体系的经济最优化设计.pdf

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1、第35卷第6期2014年12月能源化工EnergyChemicalIndustryV01．35No．6Dec．．2014变压精馏分离甲苯一乙醇体系的经济最优化设计张焕，彭涛，张青，孟庆信，王英龙4(青岛科技大学化工学院，山东青岛266042)摘要：甲苯一乙醇体系的共沸组成与相对挥发度对压力比较敏感，可用变压精馏分离该体系。利用Aspen化工流程模拟软件，以年度总费用最小为目标函数，以NRTL为热力学计算模型，采用序贯迭代法确定普通、部分热集成和完全热集成的变压精馏最优工艺参数。结果表明完全热集成更具有优势。关键词：变压精馏甲苯一乙醇最优化年度总费用中图分类号：TQ028文献标识码

2、：A文章编号：1006—7906(2014)06—0031—05Economicoptimumdesignofthepressure-swingdistillationfortoluene-ethanolseparationZHANGHuan，PENGTao，ZHANGQing，MENGQingxin，WANGYinglong(CollegeofChemicalEngineering，QingdaoUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266042，China)Abstract：Theazeotropiccompositionandrel

3、ativevolatilityoftoluene-ethanolsystemisrelativelysensitivetopressure．Pressure-swingdistillationcanbeusedtoseparatethemixture．Withthetotalannualcostastheobjectivefunction，theprocessparametersofconventional，partialheatintegratedandfullyheatintegratedpressure·swingdistillationaredeterminedbyusi

4、ngNRTLthermodynamicsmodelandsequentialiterativemethodwithAspenchemicalprocesssimulationsoftware．Theresultsshowthatfullyheatintegratedschemeperformsbetter．Keywords：pressure—swingdistillation；loluene·ethanol；optimization；totalannualcost在化工和制药领域中，甲苯与乙醇是常用的溶剂，如阿维菌素的精制过程中，甲苯和乙醇常作为混合溶剂使用¨J。由于甲苯和乙醇为

5、液相的高度非理想性，在0．1MPa下可形成甲苯质量分数为32％的共沸物旧J，从而导致分离困难。国内学者对甲苯和乙醇物系的分离进行了研究：戴君裕等¨1采用非均相共沸精馏的方法，侯涛等【41采用萃取精馏的方法，赵俊彤等"1采用热集成变压精馏的方法。非均相共沸精馏与萃取精馏均会引入其他物质，存在能耗高、夹带剂回收难等问题；根据国内的文献报道，国内对该体系变压精馏的研究仅涉及了传统启发式优化方法。本研究利用AspenPlus化工流程模拟软件，建立一项以年度总费用(TAC)最小为目标函数的优化方法，在各项操作参数下对传统、部分热集成和完全热集成变压精馏进行系统的研究，以期获得最优的工艺参数

6、。1变压精馏工艺1．1热力学性质采用NRTL物性方法计算甲苯／乙醇体系的热力学性质MJ。压力对甲苯／乙醇二元共沸混合物的共沸物组成和温度的影响见图1。0．05MPa、1．3MPa下的汽液组成曲线见图2。1．2压力范围的确定低压塔中最低压力的选择要求回流温度足够高，从而可在冷凝器中使用冷却水【7I。低压塔冷凝器中的物料接近甲苯和乙醇的共沸组成。当低压塔塔顶压力减至0．05MPa时，塔顶蒸气温度为59．8℃，保证使用冷却水时有足够的传热温差。高收稿日期：2014—05-28。作者简介：张焕(1988一)，女，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向为化工流程模拟。E—mail：huanzhy

7、tu@163．tom。+通讯作者：王英龙(1978一)，男，副教授，E-mail：yinglongw@126．com。·32·能源化工2014年第35卷第6期图1压力对甲苯一乙醇二元共沸混合物的共沸组成和共沸温度的影响1．0整0．8蚓嶝Q6∞誊0．4岳菱0．20020．40．60．81．O液相中甲苯的质量分数图20．05MPa及1．3MPa下甲苯一乙醇的汽液组成曲线压塔最高压力的选择要求可在再沸器中使用高压蒸汽。如高压塔(1．3MPa)塔底组成规定为甲苯(W)99．9％，该组成下