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摘 要

本文基于生产甲基丙烯酸甲酯的案例，在分离精馏工段中，采用过程系统节能技术的夹点技术，进行能量分析，节约能耗，设计萃取精馏的热集成。使用Aspen化工专业设计软件对该过程进行模拟设计，并对整个过程进行调优。应用夹点技术优化后，相较于初始设计，热公用工程节约了18.8%，冷公用工程节约了17.6%，节省能源的效果显著。

关键词：夹点技术,精馏,热集成

Abstract：In this paper, based on the production of methyl methacrylate cases, in the separation and rectification section, the process system energy saving technology pinch technology, energy analysis, energy saving, design of extraction rectification ther甲基丙烯醛 integration. The process was simulated with Aspen chemical engineering software, and the whole process was optimized. Compared with the initial design, the heat utility project saves 18.8%, and the cold utility project saves 17.6%.

Keywords：pinch, Distillation extraction, Heat integration

目 录

1 文献综述 2

1.1 前言 2

1.2 萃取精馏工艺的综述 3

1.3 热集成技术的综述 4

1.4萃取精馏的热集成研究 6

1.5 温焓图和复合曲线 8

1.6 换热网络的设计目标 9

2 设计过程 13

2.1 设计任务 13

2.2设计方案 13

2.3设计论述 14

2.4设计过程 23

结论 29

参 考 文 献 30

致 谢 32

1 文献综述

1.1 前言

在化工生产的整个过程中，能量伴随始终，并且消耗大量燃料、蒸汽和冷却水、冷却空气或者冷量，然而泵和压缩机的运行，必须要消耗电力。夹点技术可用于设计过程系统和改造节能

根据热力学第一定律，若没有限制温度推动力，就须要用公用工程系统提供能量。其中没有考虑到的问题是：当热物流温度超出冷物流时，热物流才能传递热量到冷物流。热力学第二定律中，对该物体体系之外的外界可以没有任何变化。然而，如果热量要从低温物体传递到高温物体，不仅需要用制冷装置，而且该两物体体系之外的外界必须向该体系输入能量（即引起了外界的变化），否则过程不能进行。

最大回收能量（最节能）热交换网络设计原则	1.换热网络内温度高于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以上，就不能引入外界冷源来进行冷却，而应该用系统内流股与之搭配。
	2.换热网络内温度低于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以下，就不能引入外界热源来进行加热，而应该用系统内流股与之搭配。

表1 最大回收能量（最节能）热交换网络设计原则

夹点技术可以节能低耗、提高灵活性、减少污染。实践表明，夹点技术平均节能约,节水 ,减少废气,投资回收期约。^[2]

图1 夹点原理图

1.2 萃取精馏工艺的综述

传统蒸馏难以或不可能分离的。在这种体系中，有一种特殊的精馏方法，就是在裂解体系里加入第三组分来改变被分离组分的活性系数，增加相对挥发性，从而达到分离的目的。如果添加萃取剂不与任何组件形成共沸混合物的原始系统，其沸点高于沸点的任何组件，和萃取剂和重型组件离开蒸馏塔釜液和塔的顶部是打火机。这个操作的组成部分叫做萃取蒸馏。萃取精馏方法，过程可以使用传统的蒸馏回收因为溶剂的沸点远高于原来的组件和溶剂不形成共沸混合物的组成部分，流程同时进行比较，介绍了组件之间的间距溶剂相对挥发度的增加，板的数量需要萃取蒸馏的过程是大幅减少，从而降低能源消耗。

1.2.1 萃取精馏的基本原理

溶剂在萃取精馏的过程中，是按目标方向来改变原有组分的相对挥发度，并且尽量扩大其相对挥发度。
当被分离物系非理想性较大，一定浓度区间内难以分离，加了溶剂后，原有组分浓度将降低，减弱它们之中的相互作用力，若溶剂浓度够大，其相对挥发度会被两组分蒸汽压的差异深深影响，实现原物系分离。在此情况，溶剂展现其稀释作用。
原组分A和组分B的沸点相近，非理想性不突显时，若相对挥发度趋近1时，则用普通精馏亦无法分离。若加溶剂后，则溶剂与组分A构成具有较大正偏差的非理想性溶液，且与组分B形成负偏差的溶夜，组分A相对组分B的相对挥发度增加，使得原有两组分的分离。溶剂对不同组分的相互作用的影响大小，有较大差异。

表2 萃取精馏的基本原理

图2 萃取剂的选择

1.2.2选取萃取剂的原则

1.3 热集成技术的综述

1.3.1热集成技术的历程

化工过程中对外界热源和冷源的需求量减少尽量使用过程内部的冷流热股,并合理搭配,达到节约能源和节省投资费用的目的。一些冷热能量会被热集成保留,而将工艺热流与工艺冷流通过换热器进行热接触的技术叫作热集成,主要是为了节约能源。一个现代化的设计良好的工厂应该是热集成。包括过程和设施在内的一组流股之间的热接触称为换热器网络。

1.3.2 热集成技术的研究

过程热集成方案是一种非常有效的节能方法，许多科学家正在研究。精馏过程中，需要在精馏塔上部凝结大量水蒸气，并在精馏塔内加热大量的原料。如果可以使用冷却材料的蒸汽加热该柱，则可显著减少该量。萃取精馏系统中萃取精馏塔和萃取塔内萃取剂的压力均为大气压，通常选用高沸点萃取剂。随着柱压的升高，柱温迅速升高。由于高压蒸汽有可能超过允许的加热范围，所以很难对一列顶部的蒸汽施加压力，以满足其他列的加热要求。因此，对原料进行预热是综合萃取精馏热的最佳途径之一。高沸点萃取剂广泛应用于萃取精馏。另一方面，进料流是萃取精馏塔的冷流。如果萃取剂萃取塔产生的热流能与进料流交换热量，则可显著降低热流的热损失，并可显著减少萃取精馏塔内的热负荷。因此，提取并调节能量的有效途径之一是预热供应。

图3 乙二胺-水体系蒸馏流程图

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