以木薯为原料制无水乙醇精馏工段节能优化.pdf

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1、第26卷第1期广东石油化工学院学报vo1．26No．12016年2月JournalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnologyFebruary2016以木薯为原料制无水乙醇精馏工段节能优化王丽，李美书，李坚，李福源(1．广东石油化工学院化学工程学院，广东茂名525000；2．质量计量监督检测所，广东茂名525000)摘要：通过AspenPlus对木薯制取无水乙醇的精馏段工艺进行了模拟计算，利用夹点分析技术，经Aspenenergyanalyzer对无水乙醇精馏工段进行了用能诊

2、断和换热网络设计。研究表明，设计最大热回收网络节省的冷公用工程量为2937．15kW，约节约28．83％能量。换热网络设计为该工艺精馏段节能降耗提供了理论依据。关键词：AspenPlus；无水乙醇；精馏；换热网络；夹点技术中图分类号：TQ223．122文献标识码：A文章编号：2095—2562(2016)01—0012—050引言．无水乙醇可作为汽车燃料应用于专用的乙醇发动机中，也可与汽油掺混用于汽油发动机中以达到节约汽油的目的Il-2]。无水乙醇精馏段能耗占整个工艺过程能耗的50％一60％，如何进一步进行节能优化设计，降

3、低生产成本，以获得低成本、高纯度的无水乙醇，一直是该行业关注的热点问题_3I6J。20世纪70年代末，由英国学者Linnhof等提出的过程系统节能中的夹点技术令人瞩目。近年来，夹点技术应用于装置节能改造中的效果十分明显，因此成为了广泛应用于过程热集成设计的有效方法。Aspenenergyanalyzer是以回收系统能量最大值作为目标，即通过软件分析计算得到系统所需最小热公用工程和最小冷公用工程。孙琳等以夹点技术为基础，结合数学规划法，采用了两步法综合多程换热网络，以Aspenenergyanalyzer为工具，建立了多程换

4、热网络的超结构模型，实现了多程换热网络的自动综合。李广彩等利用Aspenenergyanalvzer为工具，对整个酒精生产过程用能状态进行了诊断，找出了原换热网络用能“瓶颈”，应用夹点匹配对系统进行了节能优化，使得吨酒精循环冷却水用量减少了11．7％，评估每年节省费用为284．9万元。本文以木薯为原料，经过原料预处理，木薯酶解、液化糖化、发酵等生产工艺得到粗酒精，再经过醪塔、精馏塔、萃取精馏塔和回收塔分离得到无水乙醇。利用AspenPlus对木薯制取无水乙醇的精馏段工艺进行了模拟计算，并利用夹点分析技术，用Aspenene

5、rgyanalyzer对无水乙醇的精馏工段进行了用能诊断和换热网络设计。可连续模拟出高纯度达99．9％(质量分数，下同)的无水乙醇，设计的最大热回收网络可节省冷公用工程用量约28．83％。这充分体现了夹点技术在工业生产中节能优化设计上的优势。1工艺流程与方法1．1工艺流程无水乙醇分离工艺流程见图1。工艺的主要设备有醪塔、精馏塔、萃取塔、回收塔、压缩机等。成熟醪液进入醪塔精馏，醪塔塔顶的蒸气经加压预热后进人精馏塔进行精馏。精馏塔出来的工业乙醇进入萃取精馏塔，酒糟由粗塔底部排出。从萃取精馏塔制得的燃料乙醇由萃取塔塔顶液相采出，

6、萃取塔塔底的物流收稿日期：2015—09—21；修回日期：2015—11—02基金项目：广东省自然科学基金资助项目(2015A030313766)；国家级大学生创新创业训练项目(201411656002)；广东省大学生创新创业训练项目(1165613004，1165613011，201411656025)；茂名市科技计划(20120265，201312，20140310)作者简介：王丽(1983一)，女，湖北洪湖人，博士，副教授，主要从事等离子体技术应用研究。第1期王丽等：以木薯为原料制无水乙醇精馏工段节能优化13进入回收

7、塔内得到萃取剂，循环使用。本工艺采用以乙二醇作萃取剂的多效萃取精馏法。由于萃取过程中的中间产品不接近共沸组成，因而避免了夹点，而且精馏塔的塔板数可以较少。同时在萃取剂中加入醋酸钾盐，一方面利用溶盐提高欲分离组分之间的相对挥发度，克服纯溶剂效能差、用量大的缺点；另一方面能保持液体分离剂容易循环和回收、便于在工业生产上实现的优点。1．2无水乙醇分离工艺模拟计算方法计算规模为年产无水乙醇2万t，年操作时间为图1无水乙醇分离工艺流程300d，原料进料流率为41581．5kg／h。采用的原料为乙醇(质量分数为8．Cl5％)、水(质量

8、分数为91．95％)。原料溶液压力为常压，温度为25℃。各塔主要控制参数如表1所示。选择NRTL方程作为热力学方法，并使用RadFrac模型对精馏工艺进行模拟。表1塔器条件参数醪塔精馏塔萃取塔回收塔参数醪塔精馏塔萃取塔回收塔塔板数25532315冷凝器状态无全凝器全凝器全凝器进料板1403、205第一块