基于严格模型的间壁式精馏塔模拟与分析

发布时间：2017-07-20 12:13

  本文关键词：基于严格模型的间壁式精馏塔模拟与分析

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【摘要】：精馏是化工行业中最重要的分离方法,目前世界上已有超过40000座精馏塔设备。精馏过程虽然应用广泛,但其耗能巨大。据文献报道,精馏操作耗资占工厂运行投资的50%以上。因此,探索节能有效的精馏操作方式成为了学者们的研究重点。间壁式精馏塔不仅节能效果显著,还大大减小了设备投资,因此受到了工业和学术界的广泛关注。间壁式精馏塔结构复杂,自由度较多,其结构的复杂性为建立其准确模型带来了困难。目前商业流程模拟软件中都没有关于间壁式精馏塔的模型,大都利用两塔、四塔或者循环泵模型近似模拟,且都不具备考虑间壁换热的条件。鉴于此,本文先利用简捷算法对间壁式精馏塔进行初步设计,再建立了间壁式精馏塔的严格模型,并考虑了间壁换热的影响,并在基于面向方程法的gPROMS软件中实现模拟求解。为了与现有文献进行对比,本文以苯-甲苯-对二甲苯(BTX)体系的分离为例,对不考虑间壁换热的间壁式精馏塔先进行了模拟,结果与文献基本近似。在此基础上,本文先探讨了气、液分配比,预分馏塔顶中间组分回收率对热负荷的影响；再讨论了间壁两端的气液混合效应,并以总热负荷最小为目标函数进行优化计算。结果表明,气、液相分配比对间壁式精馏塔的热负荷影响重大,合理的气、液相分配比可减小间壁两端的气液混合效应,从而减小热力学不可逆性,减小热负荷。同时,本文还进一步发现间壁两侧是有传热推动力的,理论上是有间壁换热现象的存在的。继而又对考虑了间壁换热的间壁式精馏塔进行模拟研究,在此基础上探讨了气、液分配比对热负荷的影响,并以总热负荷最小为目标函数进行优化计算;再对比分析相同条件下有、无间壁换热的结果,对间壁换热是否有利进行了分析讨论;进而定性探讨了传热系数对再沸器热负荷的影响。上述结果表明：气、液相分配比对考虑间壁换热的间壁式精馏塔的热负荷有着重要影响,合理的分配比可减小再沸器热负荷。间壁换热的存在是否有利与操作条件有关。当操作条件的气、液分配比更接近无换热的最优条件,则此时间壁换热的存在是不利的,会明显增加再沸器热负荷；反之,则间壁换热有利,能够减少再沸器热负荷。当间壁换热有利的时候,任意传热系数下进行的换热都可降低再沸器热负荷;而间壁换热不利的时候,随着传热系数的增大,再沸器热负荷也会显著增加。
【关键词】：间壁式精馏塔 间壁换热 严格模型 气液分配比
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ053.5
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 引言14-21
• 1.1.1 精馏过程14-16
• 1.1.2 精馏过程节能方法16-21
• 1.2 间壁式精馏塔21-29
• 1.2.1 完全热耦合精馏塔22-23
• 1.2.2 间壁式精馏塔的结构23-25
• 1.2.3 间壁式精馏塔的研究现状25-26
• 1.2.4 间壁式精馏塔的模拟26-29
• 1.3 本文主要研究内容29-32
• 1.3.1 主要研究内容29-30
• 1.3.2 本文的主要结构30-32
• 第二章 间壁式精馏塔严格模拟32-46
• 2.1 简捷算法32-35
• 2.2 间壁式精馏塔严格模型35-43
• 2.2.1 基本方程组35-39
• 2.2.2 热力学性质方程组39
• 2.2.3 间壁换热39
• 2.2.4 自由度分析39-43
• 2.3 gPROMS软件简介43-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第三章 不考虑间壁换热的间壁式精馏塔的模拟与分析46-58
• 3.1 气、液分配比对热负荷的影响47-49
• 3.2 中间组分回收率对热负荷的影响49-52
• 3.3 间壁两端气、液混合效应52-55
• 3.4 以总热负荷最小为目标的结果优化55-56
• 3.5 本章小节56-58
• 第四章 考虑间壁换热的间壁式精馏塔模拟与分析58-72
• 4.1 存在间壁换热的可能性58-61
• 4.2 气、液分配比对热负荷的影响61-63
• 4.3 总热负荷最小为目标函数的结果优化63-64
• 4.4 间壁式精馏塔有、无换热情况对比64-69
• 4.5 传热系数对热负荷的影响69-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 结论与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 研究成果及发表的学术论文80-82
• 作者和导师简介82-83
• 附件83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘维康;魏寿彭;郭彦;杨树林;;化学工程与石油化工节能[J];广东化工;2014年05期

2 陆至羚;毛宏雷;李超;陈斌;王丹云;胡贤;;内部热耦合精馏塔节能特性研究[J];广东化工;2013年19期

3 胡s，

本文编号：567950