多效精餾分離甲醇-水體系的工藝研究

1、石油與天然氣化工CHEMICAL ENGINEER ING OF OIL&GAS多效精餾分離甲醇一水體系的工藝研究楊德明孫磊(江蘇工業(yè)學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院摘要針對傳統(tǒng)甲醇回收工藝的高能耗問題,本文提出了分離甲醇一水體系的雙效、三效和四效精餾工藝流程。利用ASPEN PLUS化工模擬軟件中的RADFRAC模塊和WILSON熱力學(xué)計(jì)算模型,系統(tǒng)模擬了多效順流、多效逆流分離不同甲醇濃度的工藝。以能耗最低為目標(biāo)函數(shù)、各塔頂甲醇蒸出量為決策變量,確定了各種回收工藝的最佳條件(包括塔壓分布。利用ASPEN PLUS軟件中的流體力學(xué)計(jì)算模決,計(jì)算出各塔的設(shè)備參數(shù),包括附屬冷換設(shè)備的面積。并以多效精餾與單

2、塔精餾總費(fèi)用的相對值最低為目標(biāo)函數(shù),確定分離甲醇一水體系的最佳方案為三效順流精餾工藝。研究結(jié)果表明,該工藝與單塔工藝相比,處理濃度分別為70%、80%和85%的甲醇物料時(shí),節(jié)能分別為57.8%、57.5%和58.0%。關(guān)鍵詞甲醇一水多效順流精餾多效逆流精餾能耗DOI:10.3969/j.issn.10073426.2010.01.005多效精餾n33是利用高壓塔的塔頂蒸汽冷凝潛熱,來加熱相鄰低壓塔的塔底物料,兩塔共用一個(gè)熱交換器,以達(dá)到節(jié)約能量和投資的目的。楊兆娟4分析了乙醇一水物系多效精餾的技術(shù)路線和節(jié)能方案。Hlmeier J等5設(shè)計(jì)了一套通用的雙效精餾工藝流程,并制定出了雙效精餾在具體實(shí)

3、施時(shí)采用的控制方案。Myungwan Han67等人研究了含水物系雙效精餾的控制與優(yōu)化。王葳8等提出了計(jì)算多效精餾的數(shù)學(xué)模型與優(yōu)化計(jì)算方法。張鵬等一1就進(jìn)料組成對雙效精餾節(jié)能效果的影響作了研究,結(jié)果表明,輕組分含量越高,其節(jié)能效果越好。筆者10也曾對DMF-水物系的多效精餾工藝進(jìn)行過模擬研究,結(jié)果表明節(jié)能效果是非常明顯的。本文利用ASPEN PLUS化工模擬軟件的優(yōu)化計(jì)算功能,系統(tǒng)模擬了多效精餾用于分離不同濃度甲醇一水體系工況,并通過優(yōu)化計(jì)算確定各效的最佳工藝參數(shù),由此算出各種回收方案的操作費(fèi)用和設(shè)備投資,從中篩選出最佳的工藝回收路線,為多效精餾分離甲醇一水生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1多效精

4、餾分離甲醇一水工藝方案與模擬規(guī)定研究中,筆者提出了雙效、三效和四效分離流程,但由于四效以上的流程設(shè)備投資加大,工業(yè)化價(jià)值不大,因此四效不作研究。以順流和逆流三效分 離流程為例,工藝流程見圖1和圖2。 石油與天然氣化工16CHEMICAL ENGINEERING OF OIL&GAS2010黼項(xiàng)目單塔警乏;。塔三籌氣塔,塔:罷效茲甲醇進(jìn)料濃度為85%的工況P。kPa(A100350100650350100650350100D,kg/h42503170108017501350115011801320950L.kg/h637557301945260023002050178017501700丁

5、1412128111l889+口,mm13081290112010501020108013201170920TD,64.3i00.264.3121.298.564.3121.298.564.3Tw,98.8138.287.8161.5108.380.5161.5110.784.7A。m2489.5621.7711.4907.6Qc.kcal/h2.58E+61.62E+61.36E+61.19E+6Qr,kcal/h2.88E+61.70E+61.31E+61.20E+6說明:表2和表3中的A是指精餾塔頂冷凝器和塔底再沸器換熱面積之和。規(guī)定以上模擬條件,利用ASPEN軟件中的嚴(yán)格精餾模塊(RA

6、DFRAC和WILSON物性計(jì)算模型,通過各效塔頂甲醇蒸出量和操作壓力的反復(fù)試差,得到多效順流和多效逆流精餾的各效操作參數(shù)、整個(gè)多效分離體系的能耗以及相應(yīng)的設(shè)備參數(shù),詳細(xì)模擬結(jié)果見表2和表3。3結(jié)果與討論3.1能耗與效數(shù)的關(guān)系將上述模擬結(jié)果繪制成能效關(guān)系圖,即QrNt 關(guān)系圖,結(jié)果見圖3至圖5?？梢?隨著效數(shù)的增加,能耗急劇下降,但效數(shù)超過三效后,能耗的下降趨于緩慢,因此從工業(yè)化角度來考慮,采用三效精餾工藝比較合適。3.2綜合費(fèi)用與效數(shù)的關(guān)系精餾分離過程的總運(yùn)行費(fèi)用主要由以下兩部分組成,即操作費(fèi)用(包括再沸器蒸汽費(fèi)用Q、冷凝器冷卻水費(fèi)用B和設(shè)備費(fèi)用(分離塔和換熱器費(fèi)用的總和的折舊費(fèi)用丫,假定設(shè)

7、備的使用年限為15年,則有:口=C。Q,/2500.0;p2C。Q。/5000.0;,=I-c。(7cNT雪2/4+CAA'/15。惜 一姍。渤舭 多效精餾分離甲醇-水體系的工藝研究作者:楊德明, 孫磊作者單位:江蘇工業(yè)學(xué)院,化學(xué)化工學(xué)院刊名:石油與天然氣化工英文刊名:CHEMICAL ENGINEERING OF OIL AND GAS年,卷(期:2010,39(1參考文獻(xiàn)(10條1.張鵬;高維平;王琨進(jìn)料組成對雙效精餾節(jié)能效果的影響期刊論文-化學(xué)工程 2006(112.王葳;高維平多效精餾流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算 1996(043.Kumar sanjeev;Tiwari GN Opti

8、mization of daily yield for an active double-effect distillation with water flow 19994.楊德明;郭新連多效精餾回收DMF工藝的研究期刊論文-計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué) 2008(105.Myungwan Han and sunwon Multivariable control of double-effect distillation configurations外文期刊 1996(046.Hlmeier J;Rix A Interactive plant and control design of a double-effect distillation column1996(047.楊兆娟乙醇-水精餾節(jié)能技術(shù)分析期刊論文-青海大學(xué)學(xué)報(bào) 2001(038.Fiorini P;Sciubba E Modular simulation and thermoeconomic analysis of a multi-effect distillation desalination plant 2006(049.Henning Raach;Jovan Mitrov