基于多目标优化的压力调控对高浓度共沸物萃取精馏工艺性能影响探究

本综述系统探讨了操作压力对高浓度IPA/MEK/CYH三元共沸体系分离效能的影响，通过多目标优化对比传统三塔（TCD）、预浓缩四塔（FCPC）和集成三塔（TCD-ID）三种萃取精馏（ED）工艺，发现FCPC结合热泵技术（FCPC-HP）可显著降低总年化成本（TAC）、CO2排放和熵产，为化工分离过程的绿色低碳转型提供关键理论支撑。

　　

Highlight

本文聚焦高浓度组分（80 mol% IPA）的三元共沸体系分离挑战，创新性地将压力变量引入萃取精馏（ED）工艺优化，通过热力学边界分析与多目标遗传算法，揭示了压力对预浓缩塔（PC）和萃取塔（C2）的差异化调控机制。

Methodology

研究以10 mol% MEK/80 mol% IPA/10 mol% CYH混合物为模型体系，采用二甲亚砜（DMSO）为萃取剂，综合技术经济与环境可持续性指标，开展系统性的过程设计与优化。

Process Configuration and Parametric Optimization

进料流量为100 kmol/hr，产品纯度要求≥99.9 mol%。关键发现：预浓缩塔（PC）在低压下更利于IPA回收，而萃取塔（C2）高压操作可降低DMSO用量，二者压力协同效应显著。

Comparison and analysis

对比三种工艺：传统三塔（TCD）、预浓缩四塔（FCPC）和集成三塔（TCD-ID）。FCPC中PC与C2的压差优化带来显著效益，而TCD-ID（无论低压TCD-ID-LP或常压TCD-ID-AP）在TAC、CO₂排放和熵产上均劣于FCPC。进一步引入热泵与热集成（FCPC-HP），实现TAC降低25.10%，CO₂减排65.25%，熵产减少37.17%，彰显能量整合的颠覆性潜力。

Conclusion

尽管集成塔（ID）结构在多文献中被推崇，本研究揭示其对IPA/MEK/CYH体系的适用局限性：低压利于常规精馏分离IPA，而高压利于萃取塔操作。FCPC-HP凭借能效与成本双重优势，成为高浓度共沸物分离的最优解。