多效精馏的模拟与优化

广 东 化 工 2019年 第7期

· 20 · 第46卷总第393期

多效精馏的模拟与优化

余栋梁1，李芳1，张荣莉1，李兴扬1，汪海燕2

(1. 安徽工程大学 生物与化学工程学院，安徽 芜湖241000；2. 东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230022)

[摘 要]针对传统的精馏分离工艺存在的高耗能问题，以苯-甲苯物系为研究对象，提出了更为节能有效的多效精馏分离工艺流程，采用化工模拟软件Aspen Plus 分别对单塔精馏、双效顺流与逆流精馏、三效顺流与逆流精馏工艺流程进行模拟与优化，以确定适宜的操作条件和优化参数；并将多效精馏工艺流程模拟的结果与单塔精馏相比较，得到各工艺的节能情况。结果表明，相较于单塔精馏工艺，三效逆流精馏工艺的节能效果最佳，塔釜再沸器加热器能耗节省52.6 %。

[关键词]多效精馏；Aspen Plus ；优化；节能

[中图分类号]TQ241.1 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)07-0020-02

Simulation and Optimization of Multi-Effect Distillation

Yu Dongliang 1

, Li Fang 1

, Zhang Rongli 1, Li Xingyang 1, Wang Haiyan 2

(1. College of biological and chemical engineering, Anhui Polytechnic University, Wuhu 24100；

2. East China Engineering Science and Technology Co., Ltd., Hefei 230022, China)

Abstract: Aiming at the problem of high energy consumption in traditional distillation separation process, taking benzene-toluene system as the research object, a more energy-saving and effective multi-effect distillation separation process is proposed. The single column distillation, double-effect co-current and counter-current distillation, three-effect co-current and counter-current distillation process are simulated and optimized by using chemical simulation software Aspen Plus to determine the appropriate operating conditions and optimization parameters. The simulation results of multi-effect distillation process are compared with those of single-tower distillation, and the energy saving of each process is obtained. The results show that compared with the single-tower distillation process, the three-effect countercurrent distillation process has the best energy saving effect, and the energy consumption of the reboiler heater in the tower bottom is saved by 52.6 %.

Keywords:

multi-effect distillation ；aspen plus ；optimization ；energy saving

化工过程的核心是反应与分离过程。精馏在分离单元操作中占有重要的位置，广泛用于均相混合物的分离。但是，精馏的能耗非常大，在分离单元操作中能耗占比往往达到70 %以上[1-2]。因此，精馏操作的节能问题一直是研究的热点。多效精馏是以多塔代替单塔精馏的工艺流程，根据各塔的能位级别不同，使能位较高的塔排出的能量用于能位较低的塔，达到节能的目的[3-5]。近几年来，它主要以低能耗、低品位热量利用和较高的热力学效率引起了人们的高度重视，较为成功应用的工业案例有甲醇-水的分离[6]、海水脱盐[7]等。近些年，大型流程模拟软件如ASPEN PLUS 成功应用于指导以化工装置改造、工艺改进及节能降耗等为目的的工业实践[8-9]。本文选择苯-甲苯体系采用ASPEN PLUS 软件对该体系的分离工艺进行模拟研究，分别对单塔精馏、双效精馏与三效精馏进行工艺模拟与优化，并对比各工艺节能效果，为多效精馏的实际应用提供参考。

1 多效精馏工艺的模拟与优化

1.1 流程的建立与ASPEN 模拟

根据苯-甲苯二元体系的特征，采用IDEAL 热力学模型。用DSTWU 和Distl 模型估算各塔的最小理论塔板数、进料位置和最小回流比等参数。选用Aspen Plus 软件中的Radfrac 模块对各流程中精馏塔进行严格计算，计算出各参数。最后利用灵敏度分析，对塔设备进行优化。下面工艺流程简述以三效逆流工艺(图1)为例。在图1中，三个塔从左到右依次为高压塔、中压塔与低压塔。原料从低压塔进料，低压塔塔釜蒸汽所需热源来自中压塔塔顶蒸汽，这两股物流在单独的换热器H2中进行热量交换；同理，中压塔塔釜蒸汽所需热源来自高压塔塔顶蒸汽，设置换热器H1完成热量的交换。因此，需要外界热量的只有高压塔塔釜再沸器和低压塔塔顶冷凝器。三个塔中塔顶均得到苯产品，汇集后在D 股物流出料。甲苯产品在高压塔塔釜出料。

图1 三效逆流ASPEN 模拟流程图

Fig.1 Three-effect countercurrent ASPEN simulation flow chart

1.2 原料组成与分离规定

为了便于比较各效计算的结果，采用相同的进料热状态、规定相同的分离要求，具体数据见表1(表中的进料组成指的是苯的含量)。

[收稿日期] 2019-04-02

[基金项目] 国家自然科学基金(No 21504001)

[作者简介] 余栋梁(1996-)，男，安徽安庆人，安徽工程大学在校本科生，主要研究方向为工程设计。