如何解決異丙醇產(chǎn)品生產(chǎn)的高成本、高能耗和高污染等問題一直是業(yè)界為之頭疼的難題。日前，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院Grail團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的揚(yáng)子石化年產(chǎn)5萬噸異丙醇項(xiàng)目，創(chuàng)新使用蒸氣滲透膜分離技術(shù)和精餾分離整體優(yōu)化技術(shù)，為異丙醇的高效生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)提供了方案，并在天正設(shè)計(jì)杯第十五屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)總決賽中斬獲金獎(jiǎng)。

　　“為某大型化工企業(yè)設(shè)計(jì)一座異丙醇生產(chǎn)分廠或?yàn)楝F(xiàn)有的異丙醇生產(chǎn)分廠設(shè)計(jì)技術(shù)改造方案，相對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的技術(shù)水平，要求技術(shù)提升達(dá)到國(guó)家提出的綠色發(fā)展指標(biāo)”，Grail團(tuán)隊(duì)在拿到賽題后，便將技術(shù)改造重點(diǎn)定位在“本質(zhì)環(huán)保，節(jié)能降耗”上。

　　“在丙酮加氫生產(chǎn)異丙醇生產(chǎn)工藝中，異丙醇粗餾塔的塔頂產(chǎn)物為異丙醇—丙酮—水三元混合物。其中，水與異丙醇可形成共沸物，需要采用共沸精餾、萃取精餾等方法從該混合物中脫除水，操作復(fù)雜、成本高，無法取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，故異丙醇生產(chǎn)廠通常將該三元混合物作為廢液處理或出售，導(dǎo)致異丙醇收率降低、成本增加、資源浪費(fèi)?！蹦暇┕I(yè)大學(xué)化工學(xué)院、指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)老師崔群介紹道，為將該三元混合物充分利用起來，Grail團(tuán)隊(duì)采用該校膜科學(xué)技術(shù)研究所的蒸氣滲透膜分離技術(shù)，用NaA分子篩膜對(duì)異丙醇—丙酮—水三元混合物進(jìn)行分離，三元混合物進(jìn)入蒸氣滲透膜裝置，通過膜滲透脫水，滲余側(cè)截留的丙酮和異丙醇混合物，經(jīng)精餾分離得到丙酮返回作為生產(chǎn)異丙醇原料、循環(huán)使用，同時(shí)得到99.9wt%異丙醇產(chǎn)品。該方案與傳統(tǒng)萃取精餾相比，年操作費(fèi)降低了60%，碳排放量降低63%，總體能耗降低63%。

　　Grail團(tuán)隊(duì)在成功截留并高效回收利用丙酮的同時(shí)，也沒有放過另一種原料氫氣。他們同樣采用膜分離技術(shù)，使丙酮加氫反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)閃蒸分離產(chǎn)生的混合氣進(jìn)入氫氣分離膜系統(tǒng)，回收得到99.9%氫氣，再次作為生產(chǎn)異丙醇的原料被循環(huán)使用。

　　值得一提的是，該團(tuán)隊(duì)是總決賽60支參賽隊(duì)中唯一一支對(duì)精餾分離進(jìn)行整體優(yōu)化的隊(duì)伍?！耙话爿^常見的優(yōu)化路徑是逐個(gè)優(yōu)化精餾塔，我們之所以選擇整體優(yōu)化，是因?yàn)檎麄€(gè)項(xiàng)目4座精餾塔并列排布、相互耦合，能耗也相互影響?！盙rail團(tuán)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)周凱說，“我們用NSGA-Ⅲ多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)四塔操作參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)，與逐個(gè)優(yōu)化相比，整體優(yōu)化的總費(fèi)用減少251萬元/年，碳排放量減少3540噸/年，全廠換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與優(yōu)化前相比降低能耗48.1%?！?/p>

　　“這樣的項(xiàng)目效果和比賽結(jié)果，我們還是很滿意的?！弊盍顖F(tuán)隊(duì)成員胡澤華同學(xué)感到自豪的是，他們的軟件技術(shù)分全場(chǎng)最高，因此獲得了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用優(yōu)秀獎(jiǎng)?！霸谌A東區(qū)區(qū)賽中，我們軟件分被扣掉了0.4分，意識(shí)到是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分出了問題，想著一定要在國(guó)賽之前改正過來?！焙鷿扇A介紹說，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是整個(gè)項(xiàng)目流程模擬的基礎(chǔ)，改變反應(yīng)動(dòng)力學(xué)意味著第一步設(shè)計(jì)模擬重做后，后面的流程全部要做相應(yīng)的修改。

　　從8月6日區(qū)賽第二輪答辯結(jié)束到8月15日提交國(guó)賽作品，Grail團(tuán)隊(duì)成員團(tuán)結(jié)合作，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合、流程模擬、文檔匯編、圖紙繪制、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型等，在8月15日晚上10點(diǎn)提交了國(guó)賽作品?！霸谶@場(chǎng)與時(shí)間的賽跑中，我們對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通能力、對(duì)工程實(shí)踐的領(lǐng)悟能力、耐挫能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都得到了提升，這對(duì)我們今后進(jìn)入工程實(shí)踐中有很大的幫助?！眻F(tuán)隊(duì)成員韓欣說。

　　據(jù)悉，今年共有401所高校2767支隊(duì)伍參賽，參賽學(xué)生人數(shù)達(dá)1.4萬名，規(guī)模達(dá)歷史之最。經(jīng)過各地區(qū)省(市)賽和7大賽區(qū)層層選拔，最終60支隊(duì)伍參加全國(guó)總決賽，共評(píng)出特等獎(jiǎng)12個(gè)、一等獎(jiǎng)48個(gè)。