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《北京化工大学》 2015年
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燃料乙醇精馏工段的工艺、控制方案设计与节能研究

王亚茹  
【摘要】:燃料乙醇是汽油的非常重要的添加能源,作为可再生能源,可以在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用,具有非常好的使用价值和发展前景。本文针对燃料乙醇生产的精馏工段进行工艺设计,确定三塔三差压精馏的工艺方案,针对粗塔(C31101)、精塔(C31102)、二精塔(C31103)进行模拟计算。首先确定了工艺方案和采出要求,通过Aspen Plus模拟计算得到三塔操作的参数,将稳态模拟转化为Aspen Dynamic动态模拟,对三塔进行控制方案设计,最后对工艺方案的三塔三差压精馏节能方案进行计算,主要结论如下:由于燃料乙醇精馏工段处理的主要物质为乙醇(EtOH)和水(H20),通过查阅文献,得到EtOH-H2O汽液平衡的实验数据,对此进行热力学一致性检验。通过物性方法选择树可知,适合EtOH-H2O的热力学方法有NRTL、Wilson及UNIQUAC模型,通过实验数据对三种物性方法进行拟合,利用Aspen Plus提供的Data Regression模块回归三者的二元交互参数并进行对比,NRTL模型偏差较小,因此,采用NRTL模型对三塔进行模拟计算。由于乙醇和水形成共沸物,越接近共沸点对应的回流比越大,能耗越高,因此通过对C31103塔和分子筛的能耗汇总,计算C31103顶采出EtOH质量分数为90%-92%时总能耗最小,对燃料已经精馏工艺进行设计,根据塔釜加热介质的要求设计三塔三差压精馏方案的三塔压力。根据差压精馏能量匹配要求,确定10万吨/年燃料乙醇生产精馏工段C31101塔顶采出量为14644kg/h,侧采量为62240kg/h。利用软件的灵敏度分析功能确定C31101的操作条件为:进料位置为第5块板,侧采位置为第14块板,低回流比,在此基础上提出C31101塔塔顶采出与侧采比例控制方案,确定灵敏板为第15块板,分析进料量及进料组成扰动的动态响应,结果表明此方案可以控制操作稳定并保证C31102和C31103塔进料量和组成的稳定。对C31102、C31103塔进行模拟,首先确定操作条件:C31102进料位置为第43块板,塔顶馏出量为4550kg/h,回流比2.2;C31103进料位置为第58块板,塔顶馏出量为10321kg/h,回流比1.57,在此基础上对两塔提出回流量控制和回流比控制两种方案,确定灵敏板均为第64块板,分析进料量及进料组成扰动的动态响应,结果表明,回流比控制方案可以很好的保证操作稳定,可以达到产品质量基本不受干扰影响。针对精馏能耗较高的现状,对三塔三差压工艺换热状况进行分析,只加热进料可以节省操作费用29.3%,若在此基础上采用差压精馏,操作费用节省54.8%,通过与原工艺对比,节约能耗36.52%。通过工艺设计和控制,得到节能工艺方案并能够稳定控制生产过程。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ223.122

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