基于gPROMS的渗透汽化过程分析与优化

本文采用Fick定律描述传质过程、Arrhenius方程描述扩散系数,建立用于乙酸酯化生产乙酸乙酯过程中粗酯渗透汽化分离计算过程的数学模型,在gPROMS软件中采用联立方程法对模型进行求解。在实际应用中采用单级膜组件较难达到分离要求,采用膜组件串联流程分离粗酯,以乙酸乙酯产品摩尔分数0.990为分离要求,以膜系统年度总费用最小为目标函数,优化膜系统的膜组件级数和单级膜组件面积。考察进料条件包括进料流率、温度和组成对最优膜系统的影响,指导不同进料条件下的优化设计。结果表明:采用3级单级膜面积为260 m~2的膜组件时,膜系统总费用较低。随着进料流率的增大,最优单级膜面积增大,当膜面积超过370 m~2时最优膜组件级数由3级增加为4级;随着进料温度的升高,最优单级膜面积减小,最优膜组件级数不变;随着进料组成中乙酸乙酯含量升高,最优单级膜面积减小,当采用2级膜组件完成分离任务时单级膜组件面积小于370 m~2,最优膜组件级数减少为2级。