《表2 异丙醇-异丙醚变压精馏热集成前后能耗对比》

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《新工科背景下高等分离工程教学改革与实践》

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随着化学工业信息化和智能化的发展，行业亟需具有现代科学创新意识的高级技术人才。近年来，基于计算机辅助的化工专业软件蓬勃发展，如Aspen Plus和PRO/II，已广泛用于化工过程设计、现有装置工艺优化等复杂工程问题的解决。教授化工类研究生使用现代计算工具和方法，对于培养学生多学科思维解决复杂问题的能力至关重要[12]。课题组长期从事化工过程模拟、优化与控制等相关领域的研究，并将相关模拟软件及科研成果融合到研究生教学中。实际工程案例通常涉及比较复杂的化工分离过程，如共沸精馏、反应精馏、萃取精馏等，使用人工计算或编程计算物料衡算、能量衡算以及传递过程方程等问题将非常困难，使用化工模拟软件则可以快速计算得到结果，并且可以根据控制面板的错误和警告提示进行修改，从而解决复杂的工程计算问题。授课初始，教师会利用4个学时指导学生快速了解化工模拟软件的基础操作、原理及应用。在完成大作业时，学生可以自主选择熟悉的过程模拟软件快速完成概念设计，将更多的时间用在问题分析、理论知识运用及改进创新上，既提高了学习积极性，也锻炼了学生分析解决问题的能力与创新思维。例如表1中案例3，进料流量为7062 kg?h-1，其中IPA质量分率为0.64，IPE质量分率为0.36，对于图2的概念设计，可采用Aspen Plus模拟软件实现分离过程，得到产品IPA纯度（质量分率）为0.993，IPE纯度为0.998；进一步对原流程进行改造优化，采用Aspen Energy Analyzer进行换热网络设计，优化后流程如图3所示，采用了高压塔塔顶蒸气向低压塔再沸器供热以及精馏塔进料和塔底产品物流间换热的节能措施，节能效果对比如表2所示，优化后冷热公用工程用量分别减少了40.3%和39.8%，节能效果显著。