燃料乙醇精馏工段的工艺、控制方案设计与节能研究
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(H2O)，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项采出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。
燃料乙醇;控制方案;差压精馏;灵敏度分析
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
李群生
2015
中文
TQ028.31;TQ223.122
127
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）