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常压下,甲苯-甲醇-水三元混合物中可以形成甲苯-甲醇二元均相最低共沸物和甲苯-水二元非均相最低共沸物,常规的分离方法很难有效分离该三元共沸混合物。本文基于甲苯-甲醇-水三组分之间的特性,开发了带有分相器的双塔萃取精馏工艺来分离该三元混合物,分析了双塔萃取精馏工艺的经济性,并开发了稳健控制该工艺的动态控制方案。本文应用Aspen Plus流程模拟软件,考察了甲苯-甲醇-水三元组分的汽液平衡数据和液液平衡数据,并最终选择UNIQUAC作为流程模拟的热力学模型。通过考察加入重萃取剂后共沸物轻组分-重组分之间的相对挥发度和重组分-萃取剂之间的相对挥发度与年度总费用(TAC)之间的关系,提出了最优萃取剂的选择新思路,并最终选择N甲基吡咯烷酮作为萃取剂进行萃取精馏工艺的探究。本文基于传统萃取精馏的序贯迭代法,将年度操作费用(TAC)作为约束目标,以双塔萃取精馏优化软件(EDOS)为工具对所有流程进行优化并得到最优工艺参数。得到带有分相器的双塔萃取精馏工艺的能耗为3.07MW,TAC为1070346$/y。与传统三元萃取精馏工艺为对比,带有分相器的双塔萃取精馏工艺具有明显的经济优势和节能优势。本文在该工艺的基础上,深入探究了分离该三元共沸物的更为节能的新方案:(1)萃取精馏侧线采出工艺流程;(2)萃取精馏热耦合工艺流程;(3)萃取精馏热集成工艺流程。结果表明萃取精馏侧线采出工艺和热耦合工艺对于该分离体系的节能效果较差,萃取精馏热集成工艺的节能效果最好且TAC最优。其中,萃取精馏双塔进料预热的热集成工艺可以降低能耗27.69%和降低TAC21.36%。本文以动态流程模拟软件Aspen Dynamics为工具,探究了稳态最优条件下带有分相器萃取精馏分离三元非均相共沸物工艺的动态控制方案。结果表明:固定回流比控制方案(CS1),R/F控制方案(CS2),Q/F控制方案(CS3)均不能对进料组成扰动实现有效控制。改进的控制方案(CS4)是用比例控制器替换萃取精馏塔的温度控制器。在改进的控制方案的基础上将萃取剂用量从80kmol/h增大至85kmol/h时,此时的控制结构(CS5)可以对流程实现强健控制。因此适当的增加萃取剂用量可以大幅提升流程的控制效果。