多组分热偶精馏的节能设计与优化

摘要

精馏是应用最广泛的分离技术，过程工业中最大的能耗户，对整个流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。而传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。突破传统的简单塔塔结构，设计节能型的多组分复杂精馏设备及流程目前是一个非常重要的并且富有挑战性的课题。 复杂精馏塔的使用，与传统精馏塔的一股进料，二股产品的精馏塔比较，能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计，因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中，热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。 在本文中，采用Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗；主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计，所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔，并允许不同的选择结构互相比较；提出了以能量消耗最小为目标的，多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。 最后，以四组分烷烃混合物的分离为例，根据详细的热偶精馏塔数学模型，计算了热偶精馏的能耗、年总费用，并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标，对两种热偶精馏序列进行了整体优化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

前言

1文献综述

1.1过程系统工程的研究

1.1.1过程系统综合

1.1.2过程系统集成

1.1.3过程系统模拟

1.2分离过程综合的研究

1.3精馏系统综合的研究

1.3.1简单塔精馏序列的合成

1.3.2多组分复杂精馏流程的综合

1.4多组分精馏的设计研究

1.4.1复杂精馏塔的设计

1.4.2多组分精馏的节能设计

1.5多组分热偶精馏的设计研究

1.5.1热偶精馏的序列和选择

1.5.2热偶精馏的自由度分析

1.5.3热偶精馏的设计和优化

1.6本文研究内容

2多组分热偶精馏的最小能耗分析

2.1问题的描述

2.2 Underwood方程

2.2.1基本方程

2.2.2塔顶、塔底方程的根

2.2.3最小能耗的计算

2.2.4求解过程

2.2.5方程应用总结

2.3最小汽相流率图——Vmin图

2.3.1 Vmin图的简介

2.3.2多组分多产品时作Vmin图的步骤

2.3.3塔内物流流率约束条件

2.3.4最小蒸汽流率的确定

2.4实例研究

2.4.1四组分四产品时的Vmin图

2.4.2四组分四产品时最小能耗的计算

2.5本章小结

3多组分热偶精馏塔的设计与优化

3.1多组分热偶精馏塔的超结构

3.1.1多组分热偶精馏单塔的超结构

3.1.2多组分热偶精馏塔序列的超结构

3.2多组分热偶精馏塔的数学模型

3.2.1多组分热偶精馏塔的数学模型

3.2.2分隔塔的数学模型

3.3多组分热偶精馏的设计计算

3.4多组分热偶精馏的优化方法

3.5实例研究

3.5.1问题的描述

3.5.2问题的求解

3.6本章小结

4多组分热偶精馏序列的设计与优化

4.1问题的提出

4.2设计和优化方法

4.3热偶精馏序列的塔板安排

4.3.1热偶精馏序列-SR/SS系统

4.3.2热偶精馏序列-PR系统

4.4热偶精馏序列的优化设计策略

4.4.1设计策略的提出

4.4.2设计优化步骤

4.5实例研究

4.5.1问题的描述

4.5.2问题的求解

4.6本章小结

5结论及展望

5.1结论

5.2研究展望

参考文献

致 谢

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