萃取精馏分离苯—环己烷共沸体系的模拟与控制研究
苯和环己烷在常压下沸点相差0.6K,可形成最低共沸混合物,普通的精馏方法很难使其完全分离且所需能耗较大。本文选用糠醛作为萃取剂分别使用常规萃取精馏流程和具有较大节能潜力的隔壁塔萃取精馏流程和差压热集成萃取精馏流程对其进行分离,以期寻找能够降低能耗的过程工艺。对初步设计的稳态流程,首先进行灵敏度分析。再以过程的再沸器热负荷最小为目标,使用多目标遗传算法对过程进行优化得到最优的结构。最后使用Aspen Dynamics软件针对不同的流程建立合适的控制结构,通过添加进料流量扰动和进料组成扰动研究过程的可控性。在得到的最优流程结构中,隔壁塔萃取精馏过程和差压热集成萃取精馏过程相对于常规萃取精馏过程所需再沸器热负荷可分别减小22%和15.9%。在过程的可控性研究过程中发现三个流程在合适的控制结构下均能够有效地抵抗进料扰动。并且通过添加再沸器热负荷与进料流量的比例控制器能有效地克服过程中超调量过大的现象。论文最后,对比了常规萃取精馏、隔壁塔萃取精馏和差压热集成萃取精馏流程的年总成本。与萃取精馏常规流程相比,隔壁塔萃取精馏流程的年总成本下降了6.0%,差压热集成萃取精馏流程年总成本增加了50.8%。虽然隔壁塔萃取精馏与差压热集成萃取精馏流程显示出较好的节能潜力,但是由于塔釜温高,使得二者的经济优势下降。所以,设计者在对流程进行设计时不仅要考虑过程的节能性也要考虑过程的经济性指标。综合隔壁塔占地面积小等优点,隔壁塔萃取精馏是三种结构中更具环保优势和经济优势的萃取精馏工艺。
推荐
