【摘 要】
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精馏作为化学工业中使用最为广泛的分离技术,其能耗约占化学工业总能耗的40%以上,且存在设备投资大、热力学效率低等问题。因此开发新型精馏技术,降低精馏过程能耗,提高其分离效率具有重要的经济价值和社会意义。常规精馏分离三元混合物需要两台精馏塔,存在能耗高、设备数量多、分离成本高等缺点。半连续精馏作为一种过程强化技术,可以使用较少的设备实现多组分的分离。然而,目前针对半连续精馏的设计研究较少,尚没有形成
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精馏作为化学工业中使用最为广泛的分离技术,其能耗约占化学工业总能耗的40%以上,且存在设备投资大、热力学效率低等问题。因此开发新型精馏技术,降低精馏过程能耗,提高其分离效率具有重要的经济价值和社会意义。常规精馏分离三元混合物需要两台精馏塔,存在能耗高、设备数量多、分离成本高等缺点。半连续精馏作为一种过程强化技术,可以使用较少的设备实现多组分的分离。然而,目前针对半连续精馏的设计研究较少,尚没有形成系统的指导方案。本文以正构烷烃的分离为研究对象,对半连续精馏过程的模拟、优化和控制进行一系列研究。通过多目标遗传算法分别对常规连续精馏、隔壁塔精馏和半连续精馏过程的操作参数进行优化,获得最佳操作参数;提出几种不同的控制方案,通过动态模拟和分析选择最优控制方案;在一系列处理量下进行半连续精馏动态模拟,评价半连续精馏的经济效益。本文首先建立了常规连续精馏、隔壁塔精馏和半连续精馏流程,以年总费用（total annual cost,TAC）、CO2排放量和全局能耗为评价指标分别对三种流程进行了多目标遗传算法优化,得到最具经济优势的操作参数。针对半连续精馏正构烷烃过程提出了五种控制方案,动态模拟结果表明温度-浓度串级控制方案CS5是最优控制方案,相比温度-浓度串级控制方案CS4循环时间减小20.95%,年处理量增加26.50%,分离费用降低20.75%。通过一系列处理量下三种精馏过程的模拟优化和控制,发现当年处理量小于77.28×10~3 kmol/yr时,半连续精馏过程的TAC小于常规连续精馏流程的TAC。当年处理量小于52.94×10~3 kmol/yr时,半连续精馏过程的TAC小于隔壁塔精馏流程的TAC。在一定的年处理量范围内,半连续精馏分离正构烷烃相较于常规连续精馏和隔壁塔精馏过程的TAC更低,具有良好的经济效益。通过以上研究,本文建立了半连续精馏分离正构烷的过程模拟、优化和控制研究的初步方案,评价了半连续精馏的经济效益,为半连续精馏技术的工业应用打下基础。
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