基于自回热理论的精馏过程节能研究

发布时间：2017-05-16 12:01

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【摘要】：精馏是化工过程中最常用并且最有效的分离过程。但是在传统的精馏工艺中,塔顶蒸汽冷凝时的热量排弃以及塔釜液再沸时对热量的需求,导致了整个工艺能耗巨大,能量利用效率低下。目前虽有一些节能措施用以改进现有系统,如多效精馏、热偶精馏及热泵精馏等,但都各有不同程度的局限性以及因系统复杂化而造成的?损过大、成本增加等问题。因此,有必要设计一种能耗低且能量利用率高的精馏系统。本文引入“自回热”理论,对其原理进行分析,设计了一种基于自回热理论的甲醇-水精馏系统。在给定的设计要求下建立变量设计模型以确定操作参数;同时建立系统主要单元的热力计算模型,进行物料、能量衡算;最后利用Aspen plus软件,建立系统模型并进行流程模拟。在确定了以上基础数据后,分析了工艺过程用能的特点,并以该特点为基础,建立能量分析模型,包括基于“工艺用能三环节”理论的系统能量分析以及基于“T-H”图的能量有效利用分析。结果表明传统系统回收利用的能量仅占过程总用能的5.9%,还需热公用工程再供入94.1%的热量;而自回热系统的能量回收率达到了88.71%,仅需供入11.29%的电能;另外,自回热系统相比传统系统净供入能降低86.43%。说明新方案能量有效利用率更高。建立?的基本计算模型、过程?平衡模型及设备?损失计算模型;以三环节理论为基础,建立?评价模型。最后将传统系统与自回热系统进行对比分析,结果表明传统系统有效?转换率63.66%,而自回热系统为93.18%,说明能量供入方式后者优于前者;同时自回热系统的?循环利用效率61.42%远大于传统系统的1.38%;并且新系统的净?损比传统系统降低56.69%。说明新系统?回收利用率高,?损低,改进方案更为合理。最后进行了经济性分析,表明综合考虑能量成本及非能量成本,自回热系统每年可比传统系统节约76%的成本。另外,在锅炉效率70%,发电热效率30%的前提下,前者所需的标煤年比后者降低75.18%。最后对自回热系统进行热经济性分析,指出了该系统优化的方向。
【关键词】：精馏 自回热理论 能量分析 ?分析 成本分析 热经济学
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ028.31
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-17
• 1.1.1 精馏过程的能耗问题13
• 1.1.2 精馏过程节能技术13-17
• 1.1.3 课题的提出17
• 1.3 自回热理论17-19
• 1.4 自回热理论的研究现状19
• 1.5 本文研究内容与组织结构19-21
• 第二章 基于自回热理论的甲醇精馏系统的设计21-36
• 2.1 系统设计基础21-22
• 2.1.1 精馏原理21
• 2.1.2 传统甲醇精馏工艺21-22
• 2.2 基于自回热理论的甲醇-水精馏系统的设计22-29
• 2.2.1 自回热甲醇-水精馏系统流程设计22-23
• 2.2.2 系统变量设计23-29
• 2.3 系统热力计算29-34
• 2.3.1 系统衡算模型29-30
• 2.3.2 设备单元的计算模型30-34
• 2.4 计算结果34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 系统用能分析36-45
• 3.1 工艺过程的用能特点36
• 3.2 基于“三环节”理论的能量分析36-41
• 3.2.1 工艺用能三环节理论36-38
• 3.2.2 计算模型38
• 3.2.3 计算结果及分析38-41
• 3.3 基于温焓图的有效能回收情况分析41-44
• 3.3.1 温焓图41-43
• 3.3.2 计算结果及分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 系统?分析45-61
• 4.1?的基本理论45-46
• 4.1.1 ?的概念45
• 4.1.2 能量转换特点45-46
• 4.2 ?的计算46-56
• 4.2.1 ?的基本计算46-47
• 4.2.2 流动过程?平衡计算模型47-50
• 4.2.3 计算结果及分析50-56
• 4.3 基于“三环节”理论的?分析56-59
• 4.3.1 计算模型56-57
• 4.3.2 计算结果及分析57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 系统经济性分析61-73
• 5.1 成本分析61-63
• 5.1.1 成本估算61-63
• 5.1.2 成本估算结果及分析63
• 5.2 能耗指标及特性63-66
• 5.2.1 能耗指标63-64
• 5.2.2 能耗特性分析64-66
• 5.3 自回热系统的优化66-72
• 5.3.1 热经济学方法模型66-68
• 5.3.2 自回热甲醇精馏系统的热经济分析68-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 总结73-74
• 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间取得的成果80

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本文编号：370750