两两共沸型均相三元物系萃取精馏中的定量构效模型与控制策略
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21776145
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0806.介科学与智能化工
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:杨晶巍; 陶少辉; 李鑫; 王永坤; 赵永滕; 赵婷然; 贾慧; 李敏; 许希彩;
- 关键词:
项目摘要
The energy-saving and efficient separation of azeotropic mixtures is of important scientific and practical significance in the process industry. Extraction distillation has been widely used in the binary azeotrope separation. The research and application of the separation for ternary or multiple azeotropes are more urgent and challenging because of the complexity of the distillation boundary and the unclear interaction mechanism. The objectives of the project focus on ternary homogeneous systems with three binary azeotropes. Based on the results of vapor-liquid phase equilibrium experiments, the quantitative structure-activity relationship model between relative volatility and micro-mesoscopic molecular structure information will be established based on molecular simulation software platform, the curvature feature of residue curves will be characterized, and its correlation with steady-state process parameters of extractive distillation will be investigated. Multi-objective optimization of extractive distillation process will be performed using process simulation software from two aspects of economy and dynamic characteristics, and the rule of dynamic control structure design will be explained. The strategies and rules can be used to realize the process of extractive distillation for separating the homogeneous ternary systems with three binary azeotropes. The project focuses on revealing the essential factors which impact the relative volatility of extractive distillation system by basic experiments, theoretical calculations and simulation studies. Also, the rules existed among the micro-mesoscopic molecular structure, macroscopic relative volatility and the parameters of extractive distillation can be discovered. It is significant for exploring the synthesis of extractive distillation process with ternary azeotrope system.
共沸物系的节能高效分离在过程工业中具有重要的科学意义与实用价值,萃取精馏已在二元共沸物分离上获得广泛应用。因精馏边界复杂、交互作用机理不明等原因,三元或多元共沸物分离的研究与应用较为迫切且颇具挑战性。项目选取两两共沸型均相三元共沸物,基于汽液相平衡实验结果利用分子模拟软件平台建立相对挥发度与微介观分子结构信息之间的定量构效关系模型,表征剩余曲线曲率特性并考察其与萃取精馏稳态工艺参数之间的相关联系,利用过程模拟软件从经济性与动态特性两方面对萃取精馏工艺流程进行多目标优化,阐明动态控制结构设计的规律,为实现两两共沸型均相三元混合物的萃取精馏过程提供策略与依据。项目注重利用基础实验、理论计算和模拟研究去揭示影响萃取精馏体系相对挥发度的本质因素,深入认识存在于萃取精馏中的微介观分子结构与宏观挥发性质及工艺参数的规律,对开拓三元共沸物系萃取精馏分离过程综合具有重要意义。
结项摘要
共沸物系的节能高效分离在过程工业中具有重要的科学意义与实用价值,萃取精馏已在二元共沸物分离上获得广泛应用。因精馏边界复杂、交互作用机理不明等原因,多元共沸物分离的研究与应用较为迫切且颇具挑战性。本项目测定了30多组含低碳醇类、烷酯类等共沸物的400多组数据点,基于NRTL、UNIQUAC、Wilson模型关联得到了80多组二元交互作用参数;将分子动力学模拟、量子化学应用于萃取剂筛选与机理分析,从分子水平探究了萃取剂与共沸物分子的相互作用,萃取剂与共沸物之间的氢键强弱与萃取效果具有一致性,氢键的产生主要由萃取剂中氧原子上的一对孤电子控制,并通过模拟结果与实验数据相结合对比验证溶剂筛选的准确性,为萃取剂的筛选提供了理论依据;基于多目标优化得到同时兼顾经济与环境的最优操作参数工艺,通过热集成、热耦合等节能技术对萃取精馏进行强化,年度总成本可降低9.3-51%;分析回流比、温度等变量确定工艺的控制点,进而开发出工艺的最优控制策略,兼顾经济性与动态特性对萃取精馏工艺进行双目标优化;阐明动态控制结构设计与经济性之间的规律,对于低碳醇共沸物的分离工艺,动态控制难度随经济性的升高而增大,为实现三元两两共沸物的萃取精馏过程提供策略与依据。本项目通过将基础实验、理论计算和过程模拟研究相结合,从热力学相行为、分子作用机理两方面分析萃取剂与共沸混合物之间的构效关系,深入认识存在于萃取精馏中的微介观分子结构与宏观特性及工艺参数的规律,针对不同的三元共沸体系设计合适的工艺方案与控制策略,对三元两两共沸物系的分离具有重要指导意义。
项目成果
期刊论文数量(62)
专著数量(1)
科研奖励数量(6)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Energy, exergy, economic and environmental (4E) analysis of an integrated process combining CO2 capture and storage, an organic Rankine cycle and an absorption refrigeration cycle
对结合二氧化碳捕获和储存、有机朗肯循环和吸收式制冷循环的集成过程进行能源、火用、经济和环境 (4E) 分析
- DOI:10.1016/j.neuron.2008.01.019
- 发表时间:2020
- 期刊:Energy Conversion and Management
- 影响因子:10.4
- 作者:Liu Xiaobin;Yang Xiao;Yu Mengxiao;Zhang Wanxiang;Wang Yinglong;Cui Peizhe;Zhu Zhaoyou;Ma Yixin;Gao Jun
- 通讯作者:Gao Jun
Quantum chemical calculation, molecular dynamics simulation and process design for separation of heptane - butanol using ionic liquids extraction
离子液体萃取分离庚烷-丁醇的量子化学计算、分子动力学模拟及工艺设计
- DOI:10.3390/toxins9020067
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Molecular Liquids
- 影响因子:6
- 作者:Zhu Zhaoyou;Li Huiyuan;Xu Ying;Zhang Wanxiang;Shen Yuanyuan;Gao Jun;Wang Lei;Wang Yinglong
- 通讯作者:Wang Yinglong
Energy, economic and environmental evaluations for the separation of ethyl acetate/ethanol/water mixture via distillation and pervaporation unit
通过蒸馏和渗透蒸发装置分离乙酸乙酯/乙醇/水混合物的能源、经济和环境评估
- DOI:10.1016/j.psep.2020.04.039
- 发表时间:2020
- 期刊:Process Safety and Environmental Protection
- 影响因子:7.8
- 作者:Meng Dapeng;Dai Yao;Xu Ying;Wu Yumin;Cui Peizhe;Zhu Zhaoyou;Ma Yixin;Wang Yinglong
- 通讯作者:Wang Yinglong
Control of a ternary extractive distillation process with recycle splitting using a mixed entrainer
使用混合夹带剂控制循环分裂的三元萃取精馏过程
- DOI:10.1021/acs.iecr.7b04071
- 发表时间:2018
- 期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
- 影响因子:4.2
- 作者:Zhang Xia;Zhao Yongteng;Wang Huixin;Qin Bin;Zhu Zhaoyou;Zhang Nan;Wang Yinglong
- 通讯作者:Wang Yinglong
Optimization of liquid-liquid extraction combined with either heterogeneous azeotropic distillation or extractive distillation processes to reduce energy consumption and carbon dioxide emissions
液-液萃取优化与非均相共沸蒸馏或萃取蒸馏工艺相结合,以减少能源消耗和二氧化碳排放
- DOI:10.1016/j.cherd.2018.01.037
- 发表时间:2018
- 期刊:Chemical Engineering Research and Design
- 影响因子:3.9
- 作者:Zhao Tingran;Geng Xueli;Qi Pengchao;Zhu Zhaoyou;Gao Jun;Wang Yinglong
- 通讯作者:Wang Yinglong
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