苯甲酸分离工艺的模拟及节能方案设计

【摘要】：苯甲酸是化学工业中重要的中间体及聚合物单体,在食品、医药、精细化工等行业有着广泛的应用。工业上一般使用甲苯液相催化氧化法来制取苯甲酸,并用精馏的方式来分离反应的产物以得到高纯度的苯甲酸产品。精馏操作的能耗在生产总能耗中占的比重很大,研究精馏系统的节能方案具有重要的意义。 本文运用化工流程模拟软件Aspen plus对浙江某厂的苯甲酸精馏分离工艺进行了模拟,选用简捷设计模型和严格计算模型分别对工艺中各精馏塔进行设计和核算,热力学性质的计算采用NRTL活度系数模型。利用灵敏度分析工具考察了塔内的操作压力、理论板数、进料位置、塔顶采出量、回流比等参数对分离效果和能耗的影响,在保证分离效果的前提下选取能耗最低的操作参数。用优化后的参数进行全流程模拟核算,物料经过此精馏系统分离后能够得到质量纯度为99.5%的苯甲酸产品以及质量纯度为99.5%的苯甲醛副产品,且能耗保持在一个较低的水平。 对原工艺流程进行分析,探索节能降耗的工艺改造方案。提出将原工艺中脱除甲苯时采用的汽提方式改为普通精馏操作,虽然需要更多的理论板,但能够显著降低能耗,且能节省设备投资。改进后的脱甲苯塔需要外界提供的热量从60.22kw降至49.57kw。考虑进行系统中的塔间热量集成,确定了用苯甲酸塔的塔顶蒸汽来加热脱轻塔塔底的方案。调整脱轻塔的操作压力以达到最小传热温差的要求,传热温差达到了15.64℃。采用热集成工艺使脱轻塔不需要外界提供热量,苯甲酸塔的塔顶冷凝负荷也得到了降低。经核算,进行节能改造后的工艺对外部提供热量的需求比原工艺降低了21.6%,冷却负荷也降低了34.5%。 【关键词】：苯甲酸 Aspen plus 流程模拟 连续精馏 热集成
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ245.12
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-14
• 第二章 文献综述14-32
• 2.1 苯甲酸概述14-19
• 2.1.1 苯甲酸的性质及用途14-15
• 2.1.2 苯甲酸的合成方法15-17
• 2.1.3 苯甲酸分离技术17-19
• 2.2 化工流程模拟19-26
• 2.2.1 化工流程模拟系统的发展20-21
• 2.2.2 化工流程模拟的基本方法21-25
• 2.2.3 化工流程模拟技术的意义25-26
• 2.3 相关精馏理论概述26-29
• 2.3.1 真空精馏26-27
• 2.3.2 多组分分离序列的优化综合27-28
• 2.3.3 精馏过程的节能28-29
• 2.4 流程模拟在精馏过程中的应用29-30
• 2.5 本课题的研究目的30-32
• 第三章 苯甲酸分离工艺流程及Aspen plus模型的建立32-42
• 3.1 苯甲酸分离工艺流程概述32-33
• 3.2 Aspen plus简介及模拟步骤33-34
• 3.3 Aspen plus单元操作模型的选择34-36
• 3.3.1 单元操作模型简介34-35
• 3.3.2 分离流程中单元操作模型的选择35-36
• 3.4 热力学模型36-42
• 3.4.1 汽液平衡36-37
• 3.4.2 状态方程法37-38
• 3.4.3 活度系数法38-39
• 3.4.4 模拟过程中物性模型的选取39-40
• 3.4.5 NRTL热力学模型40-42
• 第四章 工艺流程的模拟计算与分析42-62
• 4.1 前言42
• 4.2 闪蒸模拟结果42-44
• 4.3 甲苯汽提工艺的模拟44-49
• 4.3.1 模型的建立44
• 4.3.2 塔参数的确定和优化44-48
• 4.3.3 倾析器的模拟48-49
• 4.3.4 汽提工艺的模拟结果49
• 4.4 脱轻塔的模拟49-54
• 4.4.1 模型的建立49-50
• 4.4.2 脱轻塔的简捷设计50-51
• 4.4.3 严格模型计算及参数优化51-54
• 4.4.4 脱轻塔模拟计算结果54
• 4.5 苯甲醛塔和苯甲酸塔的模拟54-59
• 4.5.1 模型的建立55
• 4.5.2 参数的确定和优化55-58
• 4.5.3 模拟计算结果58-59
• 4.6 全流程模拟结果59-61
• 4.6.1 全流程中各模块参数设置59
• 4.6.2 全流程的流股模拟结果59-60
• 4.6.3 全流程的能耗计算60-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第五章 工艺的节能改造62-72
• 5.1 脱甲苯塔T2汽提工艺的改造62-65
• 5.1.1 改造方案的提出62-63
• 5.1.2 普通精馏参数的确定63-64
• 5.1.3 改造结果与讨论64-65
• 5.2 热集成工艺65-70
• 5.2.1 概述65-66
• 5.2.2 脱甲苯塔T2操作压力的确定66-67
• 5.2.3 脱轻塔T3操作压力的确定67-69
• 5.2.4 热集成流程的建立69
• 5.2.5 热集成流程模拟计算结果69-70
• 5.3 工艺改造的节能效果70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77

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