精馏塔工艺流程模拟与优化
聚乙烯醇回收装置醋酸甲酯精馏塔的模拟优化
１ 醋酸 甲酯萃取精馏塔工艺
由于 Ｍｅ Ｏ Ａ ｃ和 Ｈ Ｏ 、 Ｍ ｅ Ｏ Ｈ 会形 成 共 沸 物 （ 见表 １ ） ， 且 Ｍ ｅ Ｏ Ａ ｃ的沸点与共 沸点非常接 近， 因此常规精馏难 以直接将 Ｍ ｅ Ｏ Ｈ和 Ｍ ｅ Ｏ Ａ ｃ 分离 。 工业上采用一级脱盐水作为萃取精馏剂 ， 萃取精 馏分 离 Ｍｅ Ｏ Ｈ和 Ｍｅ Ｏ Ａ ｃ 。 ．
２ ０ １ ４年第 ３ ４卷第 １ 期
吴
刚． 聚 乙烯醇 回收装置醋酸 甲酯 精馏塔的模拟优化
１ ９
聚 乙烯 醇 回收装 置醋 酸 甲酯 精 馏 塔 的模 拟 优 化 水
吴 刚
（ 中国石化 集 团四 川维尼 纶厂 ， 重庆 ４ ０ １ ２ ５ ４ ）
［ 摘 要］ 利用 Ｃ ｈ ｅ ｍ Ｃ Ａ Ｄ软件 ， 选择 Ｎ Ｒ Ｔ Ｌ 活度 系数方程 和 Ｓ Ｒ Ｋ逸 度系 数方程的热力 学模 型 ， 应用系统
２。
２ ， １ ． ２ 逸 度 系数 模 型
气相逸度系数 ； 由状态方程计 算。本体系
表 ２ 进料及采 出组成
的气相为正规溶 液无缔合型的非理 想混合气 体， Ｃ ｈ ｅ ｍ Ｃ Ａ Ｄ推荐 选择 Ｓ Ｒ Ｋ方程 来计 算 ； 。Ｓ Ｒ Ｋ 方程 比较简单． 准确度高 ， 能兼用于极性和非极性 物质的汽液两相 ， 用于汽液平衡计 算以及焓差计 算。 ห้องสมุดไป่ตู้ ． ２ 精 馏 模块 的选 择 Ｓ Ｃ Ｄ Ｓ精馏 模 块 是 一个 严 格 多 级 气 液 平 衡 塔 模型 ， 采用 同时校正算法。它可以进行任何单 塔 计算 ． 包括精馏塔 、 吸收塔、 再沸式吸收塔及汽提 塔， 也可模拟有侧线产品或塔侧加热／ 冷却器的复 杂塔。Ｓ Ｃ Ｄ Ｓ 塔可以处理无限多塔板 、 五个进料流 和四个侧线产 品的塔。因此， 本文选择 Ｓ Ｃ Ｄ Ｓ精 馏 模块 。
Aspen Plus精馏模拟(塔设计)
Aspen plus精馏模拟实例教程1. Aspen Plus 简介进入Aspen Plus后，出现图1所示的Aspen Plus软件操作界面.图1操作界面构成·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus的功能菜单. 这些下拉式菜单与Windows的标准菜单类似.·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程.·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式.·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型..·状态域：显示当前有关运行的状态信息.·快速访问按钮：快速执行Aspen Plus相应的命令。
这些快捷按钮与其它Windows程序的快速访问按钮类似.·Next按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.2 Aspen Plus模拟精馏简介（1）塔模型分类做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复杂塔模拟计算。
为初学者提供帮助。
Aspen Plus塔模型分类如下表.模型简捷蒸馏 DSTWU、 Distl 、SCFrac严格蒸馏 RadFrac、 MultiFrac、 PetroFrac、 RateFrac（2）精馏塔的模拟类型精馏塔的模拟类型可以分为设计式和操作式模拟计算. 可以通过定义模型的回流比进行设计型计算，又可以定义塔板数进行操作型计算. 本章我们进行设计计算，在下一章中进行操作型计算.（3）设计实例常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下[1]：进料组份：水63.2%、甲醇38.6%（质量分率）；处理量：水甲醇混合液55t/h；进料热状态：饱和液相进料；进料压力：125 kPa；操作压力：110 kPa；单板压降：≤0.7 kPa；塔顶馏出液：甲醇量大于99.5 %（质量分率）塔底釜液：水量大于99.5 %；（质量分率）.回流比：自选；全塔效率：E T=52%热源：低压饱和水蒸汽；我们通过这个实例学习Aspen Plus精馏模拟应用.3. 精馏塔的简捷计算·设计任务确定理论塔板数 确定合适的回流比·DSTWU 精馏模型简介本例选择DSTWU 简捷精馏计算模型.DSTWU 可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度·DSTWU 规定与估算内容规 定目 的其它结果轻重关键组分的回收率 最小回流比和最小理论级数 理论级数 必需回流比回流比必需理论级数进料位置、冷凝器、再沸器的热负荷·DSTWU 计算结果浏览汇总结果、物料和能量平衡结果、回流比对级数曲线.3.1 定义模拟流程本节任务：·创建精馏塔模型 ·绘制物流·模块和物流命名1）创建精馏塔模块在模型库中选择塔设备column 标签，如图3.1-1.图3.1-1点击该DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图3.1-2所示.图3.1-2在空白流程图上单击，即可绘出一个精馏塔模型如图3.1-3所示.图3.1-32）绘制物流单击流股单元下拉箭头，选择流股类型，在这里我们选择 material 类型. 选择后得到图3.1-4所示.图3.1-4在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股，其中红色箭头表示必须定义的流股，蓝色箭头表示可选定义的流股，不同的模型根据设计任务绘制. 本例一股进料、塔顶和塔底两股出料，如图3.1-5.图3.1-53）模块和物流命名选择中流股/模块（单击流股/模块），点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择 rename stream 或 rename block，在对话框中输入改后的名称，即可改变名称.在这里我们将入料改为FEED；塔顶出料改为D；塔底出料改为L；改变名称后的流程图如图3.1-6所示.图3.1-6至此，本节创建模拟流程任务完成，我们将在N-> 快捷键引导下进入下一步操作.3.2 模拟设置单击N-> 快捷键，进入初始化设置页面，如图3.2-1. 用户可以对Aspen Plus做全局设置、定义数据输入输出单位等.·定义数据输入输出单位Aspen plus提供了英制、公斤米秒制、国际单位制三种单位制. 输入数据可以在输入时改变单位，输出报告则按在此选择的单位制输出.系统自身有一套默认的设置。
蒸馏过程的优化
蒸馏过程的优化杨小波;段文【摘要】介绍了进料位置对蒸馏塔分离能力和能耗的影响,指出进料位置优化是促进分离和节省能耗的有效途径.对进料位置优化主要介绍了计算机模拟软件PROⅡ的分离因子法、Case study分析法和optimizer法.同时还介绍了进料状态对蒸馏过程能耗的影响,通过案例介绍了优化方法并从数值上具体分析了对塔操作费用的影响.指出对于塔顶产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态应当以露点或过热为宜；而对塔釜产品占主要比例的蒸馏工况,进料状态以泡点或过冷为佳.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(041)008【总页数】3页(P185-186,223)【关键词】蒸馏;进料板;进料状态;模拟软件;优化【作者】杨小波;段文【作者单位】中国石油兰州石化公司,甘肃兰州 730060【正文语种】中文【中图分类】TQ021.8蒸馏是分离液体混合物最典型的单元操作。
通过加热液体混合物造成气液两相体系，利用混合物中挥发度的差异实现组分的分离和提纯的操作过程［1］。
广泛运用于石油化工、生物、医药等领域，在石油化工行业中的运用尤其广泛。
蒸馏塔的能量消耗在石油化工生产中占1/3 左右［2］。
蒸馏塔的进料位置和进料状况对蒸馏过程能耗有重要的影响，在保证分离的同时将能耗降至最低。
下面结合计算机模拟计算软件PRO\II 介绍优化进料位置和热状况的方法。
1 优化进料位置1.1 Case study 分析法Case study 是PRO\II 的一个功能模块，可对特定的参数进行优化。
采用Case study 来判断最佳进料板位置是可靠的方法。
下面通过一个典型的教学案例的分析来说明如何确定行最佳进料位置。
设有一泡点物料:F=100 kmol/h;P=1.65 MPa;XEthane=0.01，XPropane=0.79，XN－butane=0.12，XN－pentane=0.08。
利用CW 冷却，143 ℃LS 加热。
耦合变压精馏分离甲醇-丙酸甲酯共沸体系的工艺模拟和优化
耦合变压精馏分离甲醇-丙酸甲酯共沸体系的工艺模拟和优化郑明石;宋泽;李群生;安永胜;张疏萍【摘要】在丙酸甲酯和正丙醇酯交换法生产丙酸丙酯的过程中,反应精馏塔的塔顶会产生大量的丙酸甲酯和甲醇共沸物,可通过分离的手段使其中的丙酸甲酯循环使用.提出耦合变压精馏工艺,选用非随机(局部)双液体模型方程(NRTL)热力学模型,利用Aspen Plus V10.0对工艺流程进行模拟研究.以塔釜产品纯度为约束变量,高压塔塔釜能耗最低为优化目标,分别对理论板数、进料位置、回流比等参数进行优化,优化后的两塔最优工艺参数如下:常压塔理论板数31,回流比2.5,进料位置第9块塔板,循环物料进料位置第14块塔板;高压塔操作压力500 kPa,理论板数21,进料位置第13块塔板,回流比3.3.分离效果可达到甲醇质量分数99.95％,丙酸甲酯质量分数99.94％.与传统变压精馏相比,本文的耦合变压精馏可节省能耗48.8％.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(046)003【总页数】7页(P28-34)【关键词】丙酸甲酯;甲醇;耦合变压精馏;模拟与优化;节能【作者】郑明石;宋泽;李群生;安永胜;张疏萍【作者单位】北京化工大学化学工程学院,北京100029;北京大学附属中学,北京100080;北京化工大学化学工程学院,北京100029;北京化工大学化学工程学院,北京100029;北京化工大学化学工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TQ053引言丙酸丙酯是一种具有多种用途的精细化学品[1]，作为一种优良溶剂，广泛应用于涂料、油墨和清洁剂等产品中[2]。
工业上，在丙酸甲酯和正丙醇通过酯交换法生产丙酸丙酯的过程中，反应精馏塔的塔顶会产生大量的丙酸甲酯和甲醇共沸物，其中丙酸甲酯循环使用，而甲醇作为基本有机原料[3]可用于合成多种有机产品。
常压下丙酸甲酯和甲醇会形成最低二元共沸物，通过普通精馏难以实现两者的分离。
反应精馏合成甲基丙烯酸甲酯工艺优化及节能
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期反应精馏合成甲基丙烯酸甲酯工艺优化及节能孙玉玉1，蔡鑫磊1，汤吉海2，黄晶晶1，黄益平1，刘杰1（1 中建安装集团有限公司，江苏 南京 210023；2 南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室，江苏 南京 210009）摘要：以等摩尔下甲基丙烯酸和甲醇反应精馏合成甲基丙烯酸甲酯过程为研究对象，探究了塔内耦合反应精馏工艺（RD ）和带侧反应器的反应精馏工艺（SRC ）。
在MAA 处理量为10kmol/h 、MAA 的转化率为98.6%条件下，以最小年总费用（TAC ）为目标函数，采用序贯优化迭代法，经Aspen Plus 对RD 工艺和SRC 工艺进行模拟计算与优化研究，得到优化后的RD 工艺和SRC 工艺参数；以TAC 和CO 2排放量为考察指标，对比了RD 工艺和SRC 工艺。
研究结果表明：相比于RD 工艺，SRC 工艺具有显著优势，TAC 降低8.5%，CO 2排放量降低16.3%，此时SRC 工艺参数为：N T =26，N R =3，3台侧反应器（R1/R2/R3）的进料位置N F 分别为第6、第11和第14块塔板，SRC 塔侧线采出进侧反应器（R2/R3）的进料位置为第23和第24块塔板，进3台侧反应器（R1/R2/R3）的MeOH 的分配比为0.58∶0.22∶0.2，TAC 为115.23×104 CNY/a 。
关键词：反应精馏；酯化；甲基丙烯酸甲酯；最小年度总费用；二氧化碳排放量；优化设计中图分类号：TQ032 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0056-08Optimization and energy-saving of a reactive distillation process for thesynthesis of methyl methacrylateSUN Yuyu 1，CAI Xinlei 1，TANG Jihai 2，HUANG Jingjing 1，HUANG Yiping 1，LIU Jie 1(1 China Construction Industrial & Energy Engineering Group Co., Ltd., Nanjing 210009, Jiangsu, China; 2 State KeyLaboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, College of Chemical Engineering, Nanjing Tech University,Nanjing 210009, Jiangsu, China)Abstract: Two processes, conventional reactive distillation (RD) processes combining reaction andseparation unit, and the distillation column coupled with side reactors (SRC) processes, were explored for the reactive distillation process for the synthesis of methyl methacrylate, by the equal mole ratio of methacrylic acid and methanol, in this study. At the MAA mole flow of 10 kmol/h and the conversion efficiency of 98.6%, the optimal operating conditions for minimizing the total annual cost (TAC) were determined via the Aspen Plus sequential iterative optimization procedure. The above two techniques were simulated and optimized in terms of the minimization of the total annual cost and the CO 2 emission. The results showed that SRC process had significant advantages, and comparing with RD process, TAC can be reduced by 8.5%, CO 2 emission can be reduced by 16.3%. The minimum TAC was 115.23 million yuan per year under the optimal operating conditions, which included SRC column stages of 26, reactors of 3, side reactors (R1/R2/R3) feed location at the 6th, 11th, and 14th trays respectively, the SRC tower研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0389收稿日期：2023-03-14；修改稿日期：2023-04-20。
10万t·a-1乙酸乙酯反应精馏工艺ASPEN模拟
第49卷第9期 当 代 化 工 Vol.49，No.9 2020年9月 Contemporary Chemical Industry September，2020基金项目：国家自然基金青年科学基金（项目编号：21706149）；山东省自然基金（项目编号：ZR2017BB079）；淄博市校城融合计划（项目编号：2018ZBXC387）。
收稿日期：2019-01-07作者简介：杨立喜（1997-），女，山东省德州市人，山东理工大学化学工程与技术专业在读研究生，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。
E -mail：*****************。
通讯作者：李玉超（1985-），男，讲师，博士，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。
E -mail：**************； 左村村（1987-），男，讲师，博士，研究方向：工业催化剂及化工过程模拟优化。
E -mail：***************。
10万t ·a -1乙酸乙酯反应精馏工艺ASPEN 模拟杨立喜，蒋文，李淑越，贺志鹏，周鑫睿，郑艳霞， 葛亭亭，傅忠君，于鲁汕，王鸣，李玉超*，左村村*（山东理工大学 化学化工学院，淄博 255000）摘 要： 乙酸乙酯（ETAC）是一种非常重要的有机溶剂和化工中间体，具有较强的溶解力及快干低毒的特性，在食品、涂料和化工中有着广泛的用途。
目前国内主要采用直接酯化法制备乙酸乙酯，该工艺具有浓硫酸腐蚀性强、选择性低、产生大量废水等缺点。
相比液体无机酸而言，使用固体强酸性离子树脂代替浓硫酸作为催化剂，不但解决了以上问题，同时重复利用催化剂，降低了生产能耗。
目前已有部分厂家将强酸性离子树脂用于酯化反应，具有良好反应和分离效果，市场效应良好。
本项目采用以强酸性阳离子交换树脂为催化剂的连续催化精馏法合成乙酸乙酯，采用反应精馏与萃取精馏技术结合的方式生产分离出较高纯度的乙酸乙酯。
通过将反应精馏应用于乙酸乙酯的合成，将化学反应与精馏分离结合在一起，提高化学反应的转化率、进一步降低生产能耗。
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺
ASPENPLUS模拟计算乙烯精馏生产工艺乙烯是一种重要的基础化工原料，被广泛用于塑料、橡胶、纺织、化肥等行业。
乙烯的生产通常通过乙烷的裂解来实现，然后对产物进行精馏分离。
在ASPENPLUS软件中，我们可以使用模拟计算来研究乙烯精馏的生产工艺。
以下是一个关于乙烯精馏的工艺流程模拟计算的示例。
首先，我们需要建立一个乙烯精馏塔的模型。
我们可以选择合适的塔模型，例如McCabe-Thiele模型。
然后，我们需要输入原料的物性数据，例如乙烯和乙烷的物理属性，以及裂解过程中形成的其他组分的数据。
接下来，我们需要定义裂解的反应过程。
乙烷经过裂解反应产生乙烯和其他副产物。
我们可以选择合适的反应模型，例如矿物油裂解反应模型。
然后，我们需要指定反应的条件，例如温度和压力。
在模拟计算中，我们还需要考虑其他的操作条件，例如塔顶和塔底的温度和压力，以及塔内的塔板数目和塔板的设计参数。
这些参数的选择将直接影响到乙烯的分离效果和产品纯度。
在进行模拟计算之前，我们还需要制定一个目标函数。
例如，我们可以设定乙烯的纯度和回收率作为优化目标。
然后，我们可以根据目标函数进行优化计算，以确定最佳操作条件和设计参数。
在模拟计算完成后，我们可以通过查看计算结果和对比不同操作条件下的性能指标来评估乙烯生产工艺的优劣。
例如，我们可以比较不同温度和压力条件下的乙烯回收率和纯度，以确定最佳操作条件。
此外，我们还可以通过敏感性分析来评估不同因素对乙烯生产工艺的影响。
例如，我们可以分析温度、压力、反应物料比例等因素对乙烯纯度的影响，并找到优化方案。
总之，ASPENPLUS软件是一种实用的工具，可以用于乙烯精馏生产工艺的模拟计算。
通过合理设置模拟计算的参数和目标函数，我们可以研究不同操作条件和设计参数对乙烯生产的影响，并找到最佳的操作条件和设计方案。
乙腈-水的变压精馏分离模拟与优化
乙腈-水的变压精馏分离模拟与优化杨倩;王彩琴【摘要】利用乙腈-水体系在不同压力下共沸点有较大的变化特性,采用变压精馏对该物系进行高纯度的分离研究.基于Aspen Plus流程模拟软件,采用WILSON物性方程进行模拟,模拟结果表明:在0.35 MPa和0.101 MPa下,共沸点组成变化为8％;采用高压塔和低压塔工艺,可以有效分离,得到纯度较高的乙腈与水,其中高压塔塔板数30,进料位置15,回流比为1,采出率为0.199;低压塔塔板数24,进料位置第10块板,回流比0.2.%Pressure swing distillation was used for the separation of acetonitrile and water since the azeotropic point of the system varies with pressure. Based on Aspen Plus simulation software , using the WILSON physical equation to simulate, the results showed:the composition of azeotrope changed to 8％due to the pressure changed from 0.35 MPa to 0.101 MPa. So the process of high pressure tower (HP) and low pressure tower (LP) was taken into consideration, which could get a higher purity of acetonitrile and water. For HP tower,30 of theoretical plate numbers, 15th of the feeding plate and 1 of reflux ratio, in which the bottom rate of the feed ratio was 0.199. For LP tower , the plate numbers were 24 with the feed position 10th plate in the reflux ratio of 0.2.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2018(049)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】变压精馏;流程模拟;共沸;回流比【作者】杨倩;王彩琴【作者单位】陕西能源职业技术学院, 陕西咸阳 712099;陕西能源职业技术学院,陕西咸阳 712099【正文语种】中文0 引言乙腈是优良的有机溶剂，能溶解多种有机、无机和气体物质，能发生典型的腈类反应，是重要的有机合成中间体；此外，在织物染色、照明、香料制造及感光材料制造中也有许多用途[1]。
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4.5 Aspen工艺流程模拟与优化
模拟的最终目的是为了优化流程，以达到某方面的效益最佳，如经济效益最好、节能效果最佳等。
在建立全流程模拟的过程中已经对局部可以寻优的参数进行了寻求最优的求解，这些参数包括各精馏塔的塔板数、回流比、采出率、进料板位置以及萃取剂剂用量等。
而一些反应参数是根据文献所述确定的最佳操作条件，这些参数无需进行优化。
下面我们将举例说明在建立流程时一些典型设备操作参数优化的过程。
4.5.1 丙烯酸精馏塔的优化
丙烯酸精馏塔是一个典型的常规塔，现在对其优化过程介绍如下，其他常规塔的优化过程与这类似。
根据RadFrac模型，初步确定预分离塔的塔板数为57、进料位置39、回流比6.01。
4.5.1.1 丙烯酸精馏塔的板数优化
丙烯酸精馏塔塔板数的确定关系到分离效果、设备投资费用以及后期建设难易程度，因此丙烯酸精馏塔塔板数优化至关重要。
采用Aspen Plus中Sensitivity 对丙烯酸精馏塔塔板数进行优化，优化结果如图4.7所示（横轴代表塔板数，纵轴代表丙烯酸精馏塔塔顶产品中丙烯酸质量分数）：
图4.7 丙烯酸精馏塔塔板数优化
由图可知，当塔板增加到52时，随着塔板数的继续增加，对塔顶甲苯含量
的影响较小，且塔板数为52时产品纯度满足要求且有一定的操作弹性，所以我们取塔板数为52。
4.5.1.2 进料板位置优化
进料板的位置取决于进料的热状态以及塔内操作状况，进料板位置选取对分离效果影响很大，采用Aspen Plus中Sensitivity对丙烯酸精馏塔进料板位置进行优化，和上面一样选取塔顶的丙烯酸质量纯度来和回流比关联，塔顶丙烯酸含量越高越好，优化结果如图4.8所示（横轴代表进料板位置，纵轴代表丙烯酸精馏塔塔顶产品中丙烯酸质量分数）。
图4.8 丙烯酸精馏塔进料板位置优化
由图可知，随着进料板位置的增加，产品的纯度先增大后减小，在40块塔板时塔顶丙烯酸纯度最高，所以我们选取第40块塔板为进料板。
4.5.1.3 回流比优化
回流比影响塔板数，从而会影响投资费用。
回流比减少，生产操作费用减少，但所需的塔板数增加，投资费用增加，反之，增加回流比，减少塔板数，却增加运行费用。
最适宜的回流比是以投资费用和经常运行费用之和在特定的经济条件下为最小。
因此选择最优的回流比至关重要。
采用Aspen Plus中Sensitivity对丙烯酸精馏塔塔板数进行优化，优化结果如图4.9所示（横轴代表回流比，纵轴代表丙烯酸精馏塔塔釜产品中乙酸质量质量）：
图4.9 丙烯酸精馏塔回流比优化
由图可知，当回流比增加到4时，随着回流比的继续增加，对塔顶乙酸纯度的影响较小，但再沸器的热负荷还在增加，因而选择回流比为4。
优化的结果是塔板数52块，进料板取40块,回流比取4。