动态液相交换的全回流间歇精馏串联过程的研究

摘要

本文针对全回流动态累积操作分离效率高、控制简便的优点提出了动态液相交换的全回流间歇精馏串联过程的新型操作方式。该新型操作方式具有以下特点：(1)系统中各塔独立运行，互不干扰；(2)系统总压降等于单塔压降；(3)各塔均在全回流状态运行，最大程度地发挥了精馏塔的分离效率；(4)易于根据分离要求不受限制地增加串联塔的数目。因而该操作方式可以应用于分离要求理论塔板数多、压降小的热敏物系和要求上千块理论塔板数的同位素等难分离物系。 本文设计了动态液相交换的全回流间歇精馏串联双塔实验系统和三塔实验系统，选择乙苯-对二甲苯体系和乙醇-异丙醇体系两个难分离物系在双塔系统和三塔系统中进行了分离实验，验证了这种新型操作方式的可行性。 动态液相交换的全回流间歇精馏串联过程的本质是动态累积过程的串联，而现有对动态累积过程无回流阶段的研究过于简化，因此本文提出了动态累积过程中无回流阶段的有效理论板模型，完善了动态累积过程的数学模型。在假设无回流过程中膜状流动和垂直管流模型的基础上根据无回流过程的流体力学关系，建立了无回流过程中的持液量模型。本文设计了测定无回流过程中动持液量变化的实验装置，在与动态液相交换的全回流间歇精馏串联实验相同的条件下测定了无回流阶段的动持液量变化，模型计算值与实验值比较吻合，结果表明在无回流过程中随着精馏塔中动持液量越来越少，动持液向下流动速度也越来越小。有效理论板模型通过精馏塔中动持液量的变化描述了无回流过程中精馏塔的有效理论板变化，与简化模型相比更加符合实际情况。 动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作过程分为全回流过程、无回流充液过程、塔身充液过程和塔与塔之间的物料交换过程四个阶段，结合提出的有效理论板模型建立了描述间歇精馏动态液相串联操作的平衡级模型，采用改进的两点隐含法对数学模型进行求解，用乙苯-对二甲苯体系和乙醇-异丙醇体系在双塔系统和三塔系统中的实验数据与模型计算结果进行了比较，实验值与计算值吻合较好，表明了数学模型的准确性。

目录

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论文说明：符号说明

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第一章文献综述

1.1间歇精馏过程的操作策略

1.1.1部分回流间歇精馏过程

1.1.2全回流间歇精馏过程

1.2新型结构塔的开发

1.2.1提馏式间歇精馏塔

1.2.2中间储罐间歇精馏塔

1.2.3多罐间歇精馏塔

1.2.4连续式间歇精馏塔

1.2.5带塔底储罐的间歇精馏塔

1.2.6双再沸器间歇精馏塔

1.3间歇精馏的过程模拟

1.3.1间歇精馏模拟概述

1.3.2间歇精馏过程模拟

1.3.3间歇精馏过程模拟的发展

1.3.4间歇精馏过程模拟的现存问题

1.4本文的研究背景和研究内容

1.4.1研究背景

1.4.2本文的研究内容

第二章动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式的实验研究

2.1动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式

2.1.1动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式的提出

2.1.2动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式的的原理

2.2动态液相交换的全回流间歇精馏双塔串联实验

2.2.1动态液相交换的全回流间歇精馏双塔串联系统实验装置

2.2.2实验试剂、设备和分析方法

2.2.3实验准备工作

2.2.4实验步骤

2.2.5实验结果与数据处理

2.3动态液相交换的全回流间歇精馏三塔串联实验

2.3.1动态液相交换的全回流间歇精馏三塔串联系统实验装置

2.3.2实验试剂、设备和分析方法

2.3.3实验步骤

2.3.4实验结果与数据处理

2.4小结

第三章动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式的数学模型

3.1动态液相交换的全回流间歇精馏串联的动态累积过程

3.2动态累积过程中全回流阶段的数学模型

3.2.1数学模型的假设

3.2.2物料衡算方程

3.2.3相平衡方程

3.2.4组分加和方程和热量衡算方程

3.3动态累积过程中无回流阶段的数学模型

3.3.1持液量

3.3.2有效理论板模型

3.3.3无回流过程数学模型的假设

3.3.4无回流充液过程的数学模型

3.3.5塔身充液过程的数学模型

3.4动态液相交换的全回流间歇精馏串联系统塔与塔之间交换过程的数学模型

3.5动态液相交换的全回流间歇精馏串联全过程数学模型的求解

3.6小结

第四章无回流过程中的持液量研究

4.1持液量的测定

4.1.1静持液量的测定

4.1.2无回流过程中动持液量变化测定的实验装置

4.2实验步骤

4.2.1静持液量的实验步骤

4.2.2无回流过程中动持液量变化测定实验步骤

4.3结果与讨论

4.4小结

第五章动态液相交换的全回流间歇精馏串联操作方式的模拟计算

5.1动态液相交换的全回流间歇精馏双塔串联操作的模拟计算

5.1.1乙苯-对二甲苯体系的模拟计算

5.1.2乙醇-异丙醇体系的模拟计算

5.2动态液相交换的全回流间歇精馏三塔串联操作的模拟计算

5.2.1乙苯-对二甲苯体系的模拟计算

5.2.2乙醇-异丙醇体系的模拟计算

5.3小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

博士在读期间发表论文及参加科研情况

致 谢