带有短路气体的精馏塔板简化模型的研究

发布时间：2023-06-04 04:42

　　精馏是在化工和石化行业中应用最广泛的分离过程。精馏塔构造了一个巨大的三维空间,在其中分布的蒸汽和液体流股和板上积液之间发生复杂的质量传递,热量交换和水力学现象。精馏塔的设计和操作需要非常丰富的工程经验,精馏塔的建模和仿真也一直是一个重要的、极具挑战性的研究课题。本文提出了一种简化的精馏塔板模型,通过将从下层塔板进入的气体分为短路气体和浸入气体,并由短路气体来解释真实场景与平衡级模型之间的偏差,得到了一种针对传统平衡级模型的改进模型。对于鼓泡板,由Stefan-Maxwell方程导出浸入气体流量分率的计算公式,该流量分率与塔板操作条件和气液相物理性质直接相关。作为此模型的衍生物,Murphree板效率可被解释为离开该塔板的相平衡蒸发气相与总气相的流量之比。这种新的物理含义自然地将Murphree板效率的应用场景扩展到多组分流体、平衡级(例如通常认为的再沸器)以及蒸发和冷凝受取热或汽提等外部因素影响显著的特殊塔板。本模型的预测性在于,对于给定几何结构和物质种类的塔板,模型唯一可调参数在一定的操作条件范围内可视为常数。通过对环己烷/正庚烷精馏塔、乙醇/水精馏塔等7个精馏塔进行仿真实验,并与三...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 平衡级模型
    1.3 塔板效率模型
    1.4 非平衡级模型
    1.5 计算流体力学
    1.6 人工神经网络建模
    1.7 本文提出的模型概述
    1.8 本文的组织结构
第二章 精馏塔板简化模型的构建与求解
    2.1 流股和积液的数学表示
    2.2 带有短路气体的精馏塔板简化模型
    2.3 带有汽提气的精馏塔板简化模型
    2.4 混合物的物性求解方法
        2.4.1 焓
        2.4.2 温度
        2.4.3 摩尔质量
        2.4.4 液体摩尔体积
        2.4.5 表面张力
        2.4.6 液位
        2.4.7 泡点物性
    2.5 塔板流体力学的计算
        2.5.1 塔板压降
        2.5.2 液相溢流
        2.5.3 漏液
        2.5.4 雾沫夹带
    2.6 浸入气体占比
    2.7 从本模型导出的Murphree板效率
        2.7.1 情况1: 体系无汽提气
        2.7.2 情况2: 体系有汽提气
        2.7.3 情况3: 循环回流板/换热板
    2.8 数值积分法求解常微分方程
        2.8.1 欧拉(Euler)法
        2.8.2 改进的欧拉法(梯形法)
        2.8.3 龙格-库塔(Runge-Kutta)法
第三章 精馏塔仿真实验
    3.1 塔1: 环己烷/正庚烷精馏塔
    3.2 塔2: 乙醇/水精馏塔
    3.3 塔3: 环己烷/正庚烷/甲苯精馏塔
    3.4 塔4: 乙醇/水/丙酮精馏塔
    3.5 塔5: 带有过冷回流的环己烷/正庚烷/甲苯精馏塔
    3.6 塔6: 环己烷/正庚烷/甲苯/氮气精馏塔
    3.7 塔7: 环己烷/正庚烷全回流精馏塔
第四章 结论与展望
参考文献
附录计算程序
    A1 程序结构
    A2 主程序: ccdistSim
    A3 混合物的物性求解方法
        A3.1 焓: idsEnth
        A3.2 温度: idsTemp
        A3.3 表面张力: surften
    A4 泡点物性: meNormalb
    A5 塔板平衡蒸汽与上升气相的计算
        A5.1 顶层塔板: gasflowTop
        A5.2 中段塔板: gasflowMid
        A5.3 再沸器: gasflowBot
    A6 塔板流体力学的计算
        A6.1 液相溢流: liqoverflow
        A6.2 漏液: weepflow
        A6.3 雾沫夹带: entrainedliqflow
    A7 平衡方程: meBalance
    A8 浸入气体占比: immergegasfrac
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
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本文编号：3830711