三组分隔板塔的操作柔性模拟与分析

摘要

精馏操作是化工生产中最基本的单元操作，是化工工艺中最成熟，最可靠的分离操作，但是精馏工艺是一个高能耗、低热力学效率的过程，因此精馏过程的节能问题一直受到广泛关注。热耦合是较常见的精馏节能操作，最常见的热耦合方式有侧线精馏塔、侧线汽提塔。而隔板塔，即完全热耦合精馏塔，或称Petlyuk则近年来受到了普遍关注。
　　隔板精馏塔作为完全热耦合精馏塔的特殊结构，实现了精馏塔之间的热耦合，并且应用一个精馏塔分离多个组分，从而大幅降低工艺过程的设备使用费用和操作费用，研究表明，隔板塔相比较传统序列精馏塔节能30％以上。与传统精馏序列相比，隔板精馏塔实际上是将两个精馏耦合起来操作，这种耦合度的提高明显增加了其控制难度，但也是隔板塔的工业化应用出现较晚的主要原因。
　　隔板精馏塔的操作与控制问题相比传统精馏序列更为复杂，同时与传统精馏序列相比，隔板精馏塔具有更多的自由度，因而为增加其可操作性提供了有利条件。
　　本文利用Aspen Plus软件，选用正戊烷、正己烷、正庚烷的理想物系，采用严格模拟方法，对七种进料条件设计的七种隔板塔的操作柔性进行考查，并利用三角相图描述进料组成变化。以设计点为中心改变进料组成，直到出现产品不满足可操作条件的情况，研究了不同进料条件下的操作柔性问题（不考虑隔板塔的水力学压降），并与传统精馏塔进行对比,结果表明，针对不同进料组成设计的隔板塔,其操作柔性显著不同,隔板塔的操作柔性区间包含传统精馏塔；考虑隔板塔水力学压降后，相比较不考虑压降的隔板塔，研究其操作柔性的变化；本文研究了侧线精馏塔，侧线汽提塔的操作柔性，并将其与隔板塔的操作柔性进行对比；本文还利用最小气相流率对隔板塔、侧线精馏塔和侧线汽提塔的操作柔性进行分析，分析所得结果与之前模拟结果基本一致。
　　本文的研究结果在加深对隔板精馏塔操作特性认识的同时，为隔板塔的设计和应用提供了一定的参考。

目录

声明

前言

第一章 文献综述

1.1精馏技术的发展

1.2精馏过程的节能措施

1.3隔板塔的应用

1.4隔板精馏塔的构造

1.5隔板精馏塔的操作和控制

1.6其他形式隔板精馏塔

1.7隔板精馏塔的研究现状

1.8本论文的研究课题、研究内容以及研究意义

第二章 三组分隔板精馏塔的柔性研究

2.1隔板精馏塔的操作柔性

2.2隔板精馏塔的设计

2.3设计进料组成对隔板塔操作柔性的影响

2.4评价标准对隔板塔操作柔性的影响

2.5考虑水力学压降隔板塔的操作柔性

2.6本章小结

第三章 三组分隔板塔的最小气相流率

3.1Vmin图的计算

3.2三组分Petlyuk塔最小气相流率图

3.3利用最小气相流率对隔板精馏塔操作柔性进行分析

3.4本章小结

第四章 不同精馏塔的操作柔性比较

4.1隔板精馏塔的操作柔性与传统序列精馏塔操作柔性的比较

4.2隔板精馏塔的操作柔性与侧线精馏塔操作柔性的比较

4.3隔板精馏塔的操作柔性与侧线汽提塔操作柔性的比较

4.4本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢