進(jìn)料分流強(qiáng)化雙反應(yīng)段蒸餾塔的綜合與設(shè)計(jì).pdf

1、反應(yīng)蒸餾技術(shù)是反應(yīng)操作與分離操作相互耦合的產(chǎn)物，雖然它是一種最有代表性和最具發(fā)展?jié)摿Φ幕み^(guò)程強(qiáng)化技術(shù)，具有大幅度降低設(shè)備投資成本與操作能耗的潛力，但是這種優(yōu)勢(shì)并沒有在所有的反應(yīng)物系中得到充分的體現(xiàn)，在某些條件下，反應(yīng)蒸餾技術(shù)的劣勢(shì)甚至比那些傳統(tǒng)的工藝流程（一個(gè)反應(yīng)器和幾個(gè)傳統(tǒng)的蒸餾塔組成的工藝流程）還要明顯。例如，在分離不利物系（反應(yīng)物與產(chǎn)物的相對(duì)揮發(fā)度相間排列，即αR1＞αP1＞αR2＞αP2或αP1＞αR1＞αP2＞αR2)和最不

2、利物系（反應(yīng)物是最輕和最重組分，產(chǎn)物是中間組分，相對(duì)揮發(fā)度的排列順序?yàn)棣罵1＞αP1＞αP2＞αR2）時(shí)，使用常規(guī)反應(yīng)蒸餾技術(shù)的能耗較大或者根本無(wú)法完成分離，這影響了反應(yīng)蒸餾技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮及其使用范圍。為了解決這些問(wèn)題，前人提出了不同的反應(yīng)蒸餾結(jié)構(gòu)和改進(jìn)措施，但是這些方案中都存在著一個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷，即他們都忽略了未反應(yīng)的反應(yīng)物通過(guò)產(chǎn)品側(cè)線采出口塔板的量和濃度對(duì)于反應(yīng)蒸餾塔設(shè)計(jì)的影響。為了研究這種影響，本文提出了“不利濃度”的概念，并提出了“

3、不利濃度”判據(jù)，以度量“不利濃度”的大小和研究其對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。為了消除“不利濃度”的影響，本文提出了一種新的過(guò)程強(qiáng)化方案，即采取進(jìn)料分流強(qiáng)化雙反應(yīng)段蒸餾塔的設(shè)計(jì)，得到新的蒸餾塔設(shè)計(jì)方案——分料雙反應(yīng)段蒸餾塔。分料比、分料的數(shù)量和分料的進(jìn)料位置是分料雙反應(yīng)段蒸餾塔設(shè)計(jì)中重要的設(shè)計(jì)變量，它們的合理設(shè)計(jì)可以顯著加強(qiáng)蒸餾塔的內(nèi)部能量耦合與物質(zhì)耦合，這使得雙反應(yīng)段結(jié)構(gòu)首次應(yīng)用于分離不利物系并獲得了良好的穩(wěn)態(tài)性能。通過(guò)對(duì)6個(gè)反應(yīng)體系的對(duì)比研

4、究結(jié)果表明，由于大幅度降低了“不利濃度”的影響，大大降低了蒸餾塔的操作能耗，與現(xiàn)有反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)方案相比，本文提出的分料雙反應(yīng)段蒸餾塔具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性能。對(duì)于最不利物系，分料雙反應(yīng)段蒸餾塔比現(xiàn)有最優(yōu)設(shè)計(jì)降低能耗最高達(dá)133.2％;對(duì)于不利物系，分料雙反應(yīng)段蒸餾塔比現(xiàn)有最優(yōu)設(shè)計(jì)降低能耗最高達(dá)4.92％。
　　本博士畢業(yè)論文的主要目標(biāo)是研究“不利濃度”對(duì)蒸餾塔設(shè)計(jì)的影響，建立以“不利濃度”及其判據(jù)為核心的理論框架，針對(duì)最不利物系以及

5、不利物系，系統(tǒng)地研究分料雙反應(yīng)段蒸餾塔的優(yōu)化與設(shè)計(jì)。主要的研究工作可以歸納為以下幾點(diǎn):
　　1、利用平衡級(jí)模型對(duì)分料雙反應(yīng)段蒸餾塔進(jìn)行了模型化研究，并建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型。
　　2、分別針對(duì)雙反應(yīng)段蒸餾塔和現(xiàn)有研究中穩(wěn)態(tài)性能最優(yōu)的外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行了靈敏度分析，對(duì)比重要設(shè)計(jì)和化學(xué)參數(shù)變化對(duì)兩種結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)的影響，論述了兩種結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)缺點(diǎn)，說(shuō)明了雙反應(yīng)段蒸餾塔的研究意義。
　　3、提出了影響反應(yīng)蒸餾塔分離效

6、率和能耗的因素，并提出了“不利濃度”的概念和“不利濃度”判據(jù)。本文根據(jù)對(duì)分離各類物系反應(yīng)蒸餾塔結(jié)構(gòu)的分析，提出了影響反應(yīng)蒸餾塔分離效率和能耗的因素:(1)沒有反應(yīng)的反應(yīng)物能否順利回到并聚集于反應(yīng)段;(2)反應(yīng)物與產(chǎn)物是否容易分離;(3)經(jīng)過(guò)產(chǎn)物采出口反應(yīng)物的量和濃度，并將這種不利于產(chǎn)品采出的反應(yīng)物濃度和數(shù)量稱為“不利濃度”，為了度量“不利濃度”并根據(jù)其大小來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化反應(yīng)蒸餾塔，提出了“不利濃度”判據(jù)。
　　4、提出了基于“不利濃

7、度”判據(jù)分料雙反應(yīng)段的優(yōu)化與設(shè)計(jì)方法。該方法將“不利濃度”判據(jù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，以“不利濃度”判據(jù)作為衡量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)，“不利濃度”判據(jù)能夠?yàn)檫^(guò)程優(yōu)化提供方向選擇，從而提高過(guò)程設(shè)計(jì)的搜索效率。
　　5、研究分離最不利物系的RDC-TRSFS的綜合與設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)理想反應(yīng)物系和實(shí)際反應(yīng)物系等3個(gè)體系的分離研究，綜合對(duì)比了主要的分離最不利物系的蒸餾塔結(jié)構(gòu)，論證了分料雙反應(yīng)段的設(shè)計(jì)對(duì)消除“不利濃度”具有明顯作用，因此取得了最優(yōu)

8、的經(jīng)濟(jì)性能，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理有效。
　　6、首次將雙反應(yīng)段結(jié)構(gòu)應(yīng)用于分離不利物系。由于采用進(jìn)料分流設(shè)計(jì)雙反應(yīng)段蒸餾塔，有效降低了“不利濃度”的影響，使得將雙反應(yīng)段結(jié)構(gòu)用于分離該物系成為了可能。相對(duì)于單反應(yīng)段蒸餾塔和外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔，具有更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性能，同時(shí)驗(yàn)證了雙反應(yīng)段結(jié)構(gòu)用于分離該物系的有效性和可行性。
　　7、研究了分料雙反應(yīng)段蒸餾塔的控制結(jié)構(gòu)，給出了控制方案。通過(guò)對(duì)醋酸與甲醇反應(yīng)物系控制的模擬仿真，結(jié)果表明RDC-TRS