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隔壁塔应用于萃取精馏及共沸精馏体系的研究

昌兴武  
【摘要】: 精馏是化工过程中能耗巨大的单元操作,为了降低精馏过程的能耗,世界范围内的许多研究机构都致力于开发能量利用率更高的流程,其中主要采用两种技术手段:一是热耦合技术,如隔壁塔;二是精馏过程与其它过程的集成,比如精馏-膜分离技术等。对于多元共沸物或近沸点混合物的分离,工业上常采用萃取精馏和共沸精馏法,通过向混合液中加入第三种组分(夹带剂),提高待分离组分之间的相对挥发度,使其得以分离。 本文将隔壁塔技术应用到萃取精馏和共沸精馏体系,对两种新类型的塔—萃取隔壁塔和共沸隔壁塔进行了研究。首先,本文以萃取精馏分离甲醇-丙酮混合物为案例提出了萃取隔壁塔的设计优化方法,并用Aspen Plus模拟软件进行了单变量分析,确定了其最优操作参数;然后,本文对萃取隔壁塔进行了剖面分析,并与常规萃取流程进行了比较,从而证实了萃取隔壁塔消除了返混效应,降低了能耗。 在最优流程的基础上,本文通过有效能损失曲线图说明了萃取隔壁塔有效能损失的主要原因,并且进一步对萃取隔壁塔进行了热力学分析,计算了其热力学效率。经过对比,发现萃取隔壁塔的热力学效率比常规萃取流程明显提高,同时年总费用(Total Annual Cost, TAC)也有较大幅度地降低,具有明显的经济优势。此外,本文对由于萃取隔壁塔的节能所引起的温室气体CO2的减排量进行了定量计算,最终确定了萃取隔壁塔的环保效益。 对于共沸隔壁塔的研究,本文采取了与萃取隔壁塔相同的研究方法和步骤,所采用的案例为异丙醇脱水。结果表明,与常规共沸流程相比,共沸隔壁塔可以显著地减缓返混效应,提高过程的热力学效率,并能大幅度地降低年总费用和CO2排放量,具有明显的经济和环保优势。


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