隔壁塔应用于萃取精馏及共沸精馏体系的研究

摘要

精馏是化工过程中能耗巨大的单元操作,为了降低精馏过程的能耗,世界范围内的许多研究机构都致力于开发能量利用率更高的流程,其中主要采用两种技术手段:一是热耦合技术,如隔壁塔；二是精馏过程与其它过程的集成,比如精馏.膜分离技术等。对于多元共沸物或近沸点混合物的分离,工业上常采用萃取精馏和共沸精馏法,通过向混合液中加入第三种组分(夹带剂),提高待分离组分之间的相对挥发度,使其得以分离。
　　 本文将隔壁塔技术应用到萃取精馏和共沸精馏体系,对两种新类型的塔-萃取隔壁塔和共沸隔壁塔进行了研究。首先,本文以萃取精馏分离甲醇-丙酮混合物为案例提出了萃取隔壁塔的设计优化方法,并用Aspen Plus模拟软件进行了单变量分析,确定了其最优操作参数；然后,本文对萃取隔壁塔进行了剖面分析,并与常规萃取流程进行了比较,从而证实了萃取隔壁塔消除了返混效应,降低了能耗。
　　 在最优流程的基础上,本文通过有效能损失曲线图说明了萃取隔壁塔有效能损失的主要因为,并且进一步对萃取隔壁塔进行了热力学分析,计算了其热力学效率。经过对比,发现萃取隔壁塔的热力学效率比常规萃取流程明显提高,同时年总费用(TotalAnnualCost,TAC)也有较大幅度地降低,具有明显的经济优势。此外,本文对由于萃取隔壁塔的节能所引起的温室气体CO2的减排量进行了定量计算,最终确定了萃取隔壁塔的环保效益。
　　 对于共沸隔擘塔的研究,本文采取了与萃取隔壁塔相同的研究方法和步骤,所采用的案例为异丙醇脱水。结果表明,与常规共沸流程相比,共沸隔壁塔可以显著地减缓返混效应,提高过程的热力学效率,并能大幅度地降低年总费用和CO2排放量,具有明显的经济和环保优势。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 隔壁塔研究进展

1.2.1 隔壁塔国内外研究现状

1.2.2 隔壁塔的工业应用

1.2.3 隔壁塔的基本结构与原理

1.2.4 隔壁塔的设计与优化

1.2.5 隔壁塔的适用范围

1.3 萃取精馏研究进展

1.3.1 萃取精馏简介

1.3.2 萃取精馏溶剂的选择

1.3.3 萃取隔壁塔简介

1.4 共沸精馏研究进展

1.4.1 共沸精馏简介

1.4.2 共沸精馏夹带剂的选择

1.4.3 共沸隔壁塔简介

1.5 Aspen Plus模拟软件简介

1.6 本章小结

第二章 萃取隔壁塔的设计与优化

2.1 设计方法

2.2 萃取隔壁塔的模拟

2.2.1 模拟条件

2.2.2 物性方法选择与验证

2.3 单变量分析

2.3.1 分配比的影响

2.3.2 溶剂比的影响

2.3.3 回流比的影响

2.4 剖面分析

2.4.1 常规萃取流程与萃取隔壁塔内组成分布比较

2.4.2 常规萃取流程与萃取隔壁塔内温度分布比较

2.4.3 常规萃取流程与萃取隔壁塔内流量分布比较

2.5 本章小结

第三章 萃取隔壁塔的性能评价

3.1 热力学效率计算

3.1.1 基本理论

3.1.2 有效能损失图

3.1.3 计算结果及分析

3.2 年总费用计算

3.2.1 基本理论

3.2.2 计算结果及讨论

3.3 CO2排放量计算

3.3.1 基本理论

3.3.2 计算结果及讨论

3.4 本章小结

第四章 共沸隔壁塔的设计与优化

4.1 共沸隔壁塔的设计方法

4.2 共沸隔擘塔的模拟

4.2.1 模拟条件

4.2.2 物性方法选择与验证

4.2.3 模拟结果

4.3 剖面分析

4.3.1 常规共沸流程与共沸隔壁塔内组成分布比较

4.3.2 常规共沸流程与共沸隔壁塔内温度分布比较

4.3.3 常规共沸流程与共沸隔壁塔内流量分布比较

4.4 共沸隔壁塔的优化

4.4.1 进料板位置

4.4.2 回流比和液体分配比

4.5 本章小结

第五章 共沸隔壁塔的性能评价

5.1 有效能损失图

5.2 热力学效率计算

5.3 年总费用计算

5.4 CO2排放量计算

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢