基于变压精馏的甲醇-醋酸乙烯共沸体系节能分离工艺优化研究

针对甲醇-醋酸乙烯(VAC)共沸体系分离能耗高、废水排放大的问题，研究人员通过Aspen Plus模拟优化变压精馏(PSD)工艺，确定理论塔板数、进料位置等关键参数。结果表明PSD可使甲醇和VAC纯度分别达99.88%和99.73%，较萃取蒸馏(ED)节省蒸汽9.07 t·h–1、减少废水20.77 t·h–1，年成本降低7.91%，为PVA生产提供高效节能分离方案。

　　

在聚乙醇(PVA)工业生产中，甲醇-醋酸乙烯(VAC)共沸体系的分离一直是制约生产效率和环境友好性的关键瓶颈。作为全球最大的PVA生产国，中国采用乙烯、天然气乙炔等多种原料路线合成VAC单体，但无论哪种工艺，溶液聚合后残留的甲醇-VAC混合物分离都面临巨大挑战。传统萃取蒸馏(ED)虽能实现分离，却伴随着高能耗和大量废水产生，直接影响PVA产品的质量和生产成本。

针对这一难题，国家能源集团北京低碳清洁能源研究院等机构的研究人员创新性地采用变压精馏(PSD)技术，通过Aspen Plus软件对甲醇-VAC体系进行系统模拟与优化。研究发现该共沸体系对压力变化敏感——压力升高时共沸物中VAC含量显著降低，这为PSD工艺提供了理论基础。通过构建稳态控制数学模型，结合能效最大化(MEU)网络分析，团队确定了理论塔板数、回流比等核心参数，最终开发出双塔PSD流程。

关键技术方法包括：1) 基于NRTL热力学模型的Aspen Plus稳态模拟；2) 压力敏感性分析确定高低压操作区间；3) 能效网络数学建模优化热耦合；4) 技术经济性评估对比PSD与ED工艺。研究样本数据来源于某化工企业PVA生产部门的实际工况。

研究结果显示：

1. 工艺可行性验证：PSD成功打破甲醇-VAC共沸点，产品纯度分别达到99.88%(甲醇)和99.73%(VAC)，显著优于传统方法。
2. 能耗对比：相较ED工艺，PSD节省蒸汽9.07 t·h^–1，废水减排20.77 t·h^–1，年运行成本降低7.91%。
3. 参数优化：侧线采出位置和回流比的精准控制是保证分离效率的关键，理论塔板数需根据压力梯度动态调整。

讨论部分指出，该研究首次系统论证了PSD在甲醇-VAC体系中的技术经济优势：一方面避免了ED需添加第三组分导致的产物污染问题；另一方面通过压力调控实现"绿色分离"，符合化工过程强化的发展趋势。Yang等学者曾将PSD与共沸蒸馏结合处理多元体系，而本研究通过单变量分析法进一步简化了流程。You团队提出的生命周期成本评估方法也被借鉴用于可持续性分析。

这项发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》的成果具有双重价值：理论上，阐明了压力对极性共沸体系相行为的调控机制；实践中，为PVA行业提供了可立即产业化的节能方案。未来研究可拓展至多压力级联系统，并探索热泵技术与PSD的集成应用。正如通讯作者Qunsheng Li强调的，该工作"不仅提供分离新范式，更重塑了化工过程设计的能效评估标准"。