如何解決異丙醇產(chǎn)品生產(chǎn)的高成本、高能耗和高污染等問題一直是業(yè)界為之頭疼的難題。日前，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院Grail團(tuán)隊設(shè)計的揚子石化年產(chǎn)5萬噸異丙醇項目，創(chuàng)新使用蒸氣滲透膜分離技術(shù)和精餾分離整體優(yōu)化技術(shù)，為異丙醇的高效生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)提供了方案，并在天正設(shè)計杯第十五屆全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽全國總決賽中斬獲金獎。
“為某大型化工企業(yè)設(shè)計一座異丙醇生產(chǎn)分廠或為現(xiàn)有的異丙醇生產(chǎn)分廠設(shè)計技術(shù)改造方案，相對現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的技術(shù)水平，要求技術(shù)提升達(dá)到國家提出的綠色發(fā)展指標(biāo)”，Grail團(tuán)隊在拿到賽題后，便將技術(shù)改造重點定位在“本質(zhì)環(huán)保，節(jié)能降耗”上。
“在丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇生產(chǎn)工藝中，異丙醇粗餾塔的塔頂產(chǎn)物為異丙醇—丙酮—水三元混合物。其中，水與異丙醇可形成共沸物，需要采用共沸精餾、萃取精餾等方法從該混合物中脫除水，操作復(fù)雜、成本高，無法取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，故異丙醇生產(chǎn)廠通常將該三元混合物作為廢液處理或出售，導(dǎo)致異丙醇收率降低、成本增加、資源浪費。”南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、指導(dǎo)團(tuán)隊老師崔群介紹道，為將該三元混合物充分利用起來，Grail團(tuán)隊采用該校膜科學(xué)技術(shù)研究所的蒸氣滲透膜分離技術(shù)，用NaA分子篩膜對異丙醇—丙酮—水三元混合物進(jìn)行分離，三元混合物進(jìn)入蒸氣滲透膜裝置，通過膜滲透脫水，滲余側(cè)截留的丙酮和異丙醇混合物，經(jīng)精餾分離得到丙酮返回作為生產(chǎn)異丙醇原料、循環(huán)使用，同時得到99.9wt%異丙醇產(chǎn)品。該方案與傳統(tǒng)萃取精餾相比，年操作費降低了60%，碳排放量降低63%，總體能耗降低63%。
Grail團(tuán)隊在成功截留并高效回收利用丙酮的同時，也沒有放過另一種原料氫氣。他們同樣采用膜分離技術(shù)，使丙酮加氫反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)閃蒸分離產(chǎn)生的混合氣進(jìn)入氫氣分離膜系統(tǒng)，回收得到99.9%氫氣，再次作為生產(chǎn)異丙醇的原料被循環(huán)使用。
值得一提的是，該團(tuán)隊是總決賽60支參賽隊中唯一一支對精餾分離進(jìn)行整體優(yōu)化的隊伍。“一般較常見的優(yōu)化路徑是逐個優(yōu)化精餾塔，我們之所以選擇整體優(yōu)化，是因為整個項目4座精餾塔并列排布、相互耦合，能耗也相互影響。”Grail團(tuán)隊隊長周凱說，“我們用NSGA-Ⅲ多目標(biāo)優(yōu)化算法對四塔操作參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)，與逐個優(yōu)化相比，整體優(yōu)化的總費用減少251萬元/年，碳排放量減少3540噸/年，全廠換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與優(yōu)化前相比降低能耗48.1%。”
“這樣的項目效果和比賽結(jié)果，我們還是很滿意的。”最令團(tuán)隊成員胡澤華同學(xué)感到自豪的是，他們的軟件技術(shù)分全場最高，因此獲得了現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用優(yōu)秀獎。“在華東區(qū)區(qū)賽中，我們軟件分被扣掉了0.4分，意識到是反應(yīng)動力學(xué)部分出了問題，想著一定要在國賽之前改正過來。”胡澤華介紹說，反應(yīng)動力學(xué)是整個項目流程模擬的基礎(chǔ)，改變反應(yīng)動力學(xué)意味著第一步設(shè)計模擬重做后，后面的流程全部要做相應(yīng)的修改。
從8月6日區(qū)賽第二輪答辯結(jié)束到8月15日提交國賽作品，Grail團(tuán)隊成員團(tuán)結(jié)合作，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合、流程模擬、文檔匯編、圖紙繪制、設(shè)備設(shè)計與選型等，在8月15日晚上10點提交了國賽作品。“在這場與時間的賽跑中，我們對知識的融會貫通能力、對工程實踐的領(lǐng)悟能力、耐挫能力和團(tuán)隊協(xié)作能力都得到了提升，這對我們今后進(jìn)入工程實踐中有很大的幫助。”團(tuán)隊成員韓欣說。
據(jù)悉，今年共有401所高校2767支隊伍參賽，參賽學(xué)生人數(shù)達(dá)1.4萬名，規(guī)模達(dá)歷史之最。經(jīng)過各地區(qū)省(市)賽和7大賽區(qū)層層選拔，最終60支隊伍參加全國總決賽，共評出特等獎12個、一等獎48個。
中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 中華人民共和國應(yīng)急管理部 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務(wù)部 中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會
江蘇省發(fā)展和改革委員會 江蘇省工業(yè)和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態(tài)環(huán)境廳 江蘇省科學(xué)技術(shù)廳 江蘇省商務(wù)廳 江蘇省應(yīng)急管理廳 江蘇省市場監(jiān)督管理局 江蘇省統(tǒng)計局
北京市化學(xué)工業(yè)協(xié)會 天津市石油和化工協(xié)會 遼寧省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 內(nèi)蒙古石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 重慶市石油與天然氣學(xué)會 河北省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 山西省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 吉林省能源協(xié)會 黑龍江省石化行業(yè)協(xié)會 浙江省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 安徽省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 福建省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 江西省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 河南省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 湖北省石化行業(yè)協(xié)會 湖南省石油化學(xué)工業(yè)協(xié)會 廣東省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 海南省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 四川省化工行業(yè)協(xié)會 貴州省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 云南省化工行業(yè)協(xié)會 陜西省經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會 甘肅省石化工業(yè)協(xié)會 青海省化工協(xié)會
電話：協(xié)會：025-8799064 學(xué)會：025-86799482
會員服務(wù)部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
電話：025-8799064
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
電話：025-86799482
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
