碳酸二甲酯(DMC)作为一种绿色有机溶剂,应用范围广且可生物降解,因此具有很好的市场前景。碳酸二甲酯生产工艺中,碳酸丙烯酯(PC)酯交换法是目前国内生产厂家应用最多的工艺,该基础工艺过程主要包括反应精馏、提馏、真空精馏以及变压精馏四部分。本文以基础工艺为出发点,围绕节能降耗这一关键点,在工艺优化方面进行了详细探讨与研究,可为实际生产过程中的节能降耗提供一定的理论指导。采用流程模拟软件自带的模型库参数模拟碳酸二甲酯工艺,计算结果与实际生产数据和实验数据有较大的误差。因此,首先对此工艺的反应与分离过程的反应动力学模型、热力学模型以及物质间的二元交互作用参数,进行了建模与参数优化。根据工艺过程物系的特点,首先选取了UNIQUAC-RK方程作为模拟计算的热力学模型,并采用文献中的实验数据对物质间的作用参数进行了拟合,拟合结果与实验数据误差均在2%以内。对于过程中涉及的反应,选取了合适的动力学方程描述其过程。利用Aspen Plus模拟优化了基础工艺的过程参数,最终PC转化率达到98.5%,得到了纯度为99.7%的DMC产品和99%的1,2丙二醇(PG)副产品。为了降低过程中的能耗,对工艺进行了热集成,与基础工艺相比,年度化总费用(TAC)降低35.32%。为进一步降低过程能耗并解决提馏塔与真空精馏塔的塔釜超温问题,提出了一种改进工艺。针对能耗问题,通过把高压塔的压力提升到18bar,使塔顶物流直接返回反应精馏塔进行反应,然后把基础工艺中的常压塔去除以减少低压蒸汽的使用。针对塔釜超温问题,通过降低提馏塔塔顶采出率以降低塔底的沸腾温度,对真空精馏塔增加产品侧线物流,采出纯度为99%的PG,然后使真空精馏塔塔顶采出物流返回提馏塔回收轻组分甲醇。工艺改进后,公用工程费用在基础工艺的基础上下降了27.90%,提馏塔与真空精馏塔的塔底温度分别为148.2℃与148.6℃,小于150℃的温度限制要求。然后对工艺进行了热集成,主要合理利用了高压塔与真空精馏塔的塔顶冷凝潜热,节省了大量加热蒸汽,公用工程费用降低了42.72%,TAC降低了39.76%。为保证工艺过程的操作稳定性,对高压塔进行了动态控制研究,评估了不同控制方案下的动态行为,发现组分-温度串级控制结构具有很好的抗扰性能。通过对热集成改进工艺费用支出情况的分析发现,中压蒸汽费用占据总年度费用的83.35%。针对高压精馏系统并结合高压塔内温度变化情况,提出了中间再沸闪蒸式热泵精馏工艺。通过在高压塔提馏段增加一个中间再沸器,利用塔顶蒸汽将其气化以减少塔底中压蒸汽用量,对工艺进行热集成后,中压蒸汽用量与热集成改进工艺相比,减少了5273.27kW。最后对比了三种热集成工艺的经济性,以热集成基础工艺为基准,热集成改进工艺和热泵工艺TAC分别降低了33.85%与37.85%。