煤制乙二醇精馏过程的计算机模拟优化与控制研究
乙二醇(EG)是生产聚酯纤维的重要化工原料，随着全球纤维需求量的不断扩大，乙二醇的需求也在逐渐增加。我国的能源结构决定了煤制乙二醇工艺将是我国乙二醇行业的重要路线。本文从工艺路线、节能减排和动态控制三方面入手，利用Aspen Plus对年产10万吨/年煤制乙二醇精馏工段中的脱甲醇塔、脱酯塔和脱醇塔进行稳态模拟计算，优化各塔操作参数。设计差压双效精馏流程和萃取流程，降低了整个工艺的能耗，对废弃物进行了回收，达到了节能减排的目标。利用Aspen Dynamics对整个工艺进行动态模拟，通过分析面对扰动时的响应情况选择合理的控制结构。 整个精馏工段处理的主要物系有甲醇(MeOH)-EG、EG-丁二醇(BDO)和EG-丙二醇(PG)，利用热力学一致性检验的面积积分法分别对三种物系汽液相平衡数据的可靠性进行验证。利用Aspen Plus中的Data Regression模块对NRTL、Wilson、UNIQUAC三种热力学模型的二元交互作用参数进行拟合，通过对比各热力学方法计算的相平衡数据与实验数据，发现NRTL模型计算的数据偏差最小，可以很好的描述三种物系。据此利用拟合的NRTL模型对后续的工艺进行模拟计算。 对脱甲醇塔、脱酯塔和脱醇塔进行模拟计算，以提高产品纯度和降低能耗为目标，利用单因素灵敏度分析和多因素正交试验优化各塔工艺参数，结果分别为:理论板数N为50、35、100，进料位置NF为33、14、56，回流比R为1.70、7.08、60，采出比D/F为0.5020、0.0462、0.0370。经优化后得到的甲醇产品纯度为0.9991，乙二醇产品的纯度为0.99919，均符合行业要求。 针对脱甲醇塔能耗较高的问题，通过分析脱甲醇流程的精馏特性选择逆流型双效精馏工艺，优化操作参数，得到低压和高压塔的参数分别为:操作压力为0.061MPa、0.162MPa，塔板数为36、50，进料位置为16、31，回流比为1.62、2.50，采出比为0.235、0.347。与原工艺相比，双塔流程总能耗节约了11528kW，全年总费用减少940.3万元。针对乙二醇废液排放的问题，选择甲苯萃取流程回收杂醇。经萃取分离回收的丁二醇产品纯度为0.985，符合行业要求。乙二醇纯度达0.915以上，可做防冻液原料使用。杂醇回收分离不仅可减少废弃物排放，还可将全年收入提高1441.6万元，全年可实现1885.2万元的经济效益。 考虑到生产过程中非正常操作状况的存在，通过确定精馏塔灵敏板以及塔器和相关辅助设备的尺寸，利用Aspen Dynamics对脱甲醇塔设计四种控制方案，为脱酯塔和脱醇塔各设计两种方案。从关键组分的采出量和纯度角度分析进料流量和组分扰动下的响应情况，得出各塔较为理想的控制方案:低压脱甲醇塔和脱酯塔选择双温控制方案，高压脱甲醇塔和脱醇塔选择恒回流比控制方案。
乙二醇;精馏工艺;热力学模型;控制策略
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘辉
2018
中文
TQ223.162
156
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）