内部能量耦合精馏塔及其节能效果的模拟研究

论文摘要

本文介绍了一种新型高效的精馏节能技术—内部能量耦合精馏技术。应用化工流程模拟软件ASPEN PLUS和面向对象编程语言VB6.0对内部能量耦合精馏塔进行模拟研究。以苯-甲苯和丙烯-丙烷物系为例,模拟分析内部能量耦合精馏塔（HIDiC）的特性及其节能效果,将模拟结果与传统精馏塔（CDIC）及热泵精馏塔（VRC）进行比较。结果显示,内部能量耦合精馏塔的温度、流率和浓度分布都与传统精馏塔存在较大的差别。对苯-甲苯物系,热泵精馏塔的节能效果最好,节能百分率可达40%。对丙烯-丙烷物系,理想内部能量耦合精馏塔的节能优势明显,节能百分率在60%80%。鉴于换热量平均分布方式在现实中难以实现,本文提出了更合理的热温匹配方式,分析了压缩比、进料热状态及换热量分布方式对内部能量耦合精馏塔特性和节能效果的影响。压缩比和进料热状态对内部能量耦合精馏塔特性和节能效果的影响作用显著。压缩比越小,节能效果越好,但压缩比的下限为最小压缩比,否则会产生逆向传热。内部能量耦合精馏塔的节能效果随进料热状态的增加而增大。两种换热量分布方式的节能效果基本一致,而热温匹配方式可以在压缩比较小时大幅度减小传热面积。将内部能量耦合精馏塔应用于分离多组元物系,得出与二组元物系基本一致的结论,表明内部能量耦合精馏塔同样适用于多组元物系的分离,只要物系的相对挥发度足够小,内部能量耦合精馏塔就可以显示出良好的节能效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 精馏技术的发展
• 1.2 精馏过程热力学分析
• min)的计算'>1.2.1 最小分离功(W_min)的计算
• dic)的计算'>1.2.2 有效能消耗(Q_dic)的计算
• 1.3 精馏过程的节能思路
• 1.4 精馏过程的节能措施
• 1.4.1 不改变流程的节能技术
• 1.4.1.1 预热进料
• 1.4.1.2 选择适宜的进料位置
• 1.4.1.3 塔顶蒸汽余热的回收利用
• 1.4.1.4 选择适宜的回流比R
• 1.4.2 改变流程的节能技术
• 1.4.2.1 优化多塔精馏的排列顺序
• 1.4.2.2 多效精馏
• 1.4.2.3 增设中间再沸器和中间冷凝器
• 1.4.2.4 热泵精馏
• 1.4.2.5 热耦精馏
• 1.4.2.6 透热精馏
• 1.4.2.7 内部能量耦合精馏
• 1.5 内部能量耦合精馏的发展和研究现状
• 1.5.1 二次回流与蒸发蒸馏（SRV）
• 1.5.2 塔间换热式内部能量耦合塔
• 1.5.2.1 隔板式内部能量耦合塔（DWC）
• 1.5.2.2 双层内部能量耦合塔
• 1.5.2.3 代夫特工业大学内部能量耦合塔
• 1.5.3 换热器式内部能量耦合塔
• 1.5.3.1 日本学者研究成果
• 1.5.3.2 其它学者研究成果
• 1.5.4 国内研究动态
• 1.6 精馏过程模拟
• 1.6.1 序贯模块法
• 1.6.2 联立方程法
• 1.6.3 联立模块法
• 第二章 内部能量耦合精馏技术的工作原理、节能分析及其建模
• 2.1 内部能量耦合精馏技术的工作原理
• 2.2 内部能量耦合精馏技术的节能分析
• 2.2.1 图解法
• 2.2.2 热力学分析
• 2.3 内部能量耦合精馏技术建模
• 第三章 二组元内部能量耦合精馏塔模拟研究
• 3.1 内部能量耦合精馏塔特性分析和参数研究
• 3.1.1 内部能量耦合精馏塔特性分析
• 3.1.1.1 温度分布
• 3.1.1.2 液相流率分布
• 3.1.1.3 浓度分布
• 3.1.1.4 夹点分析
• 3.1.2 影响内部能量耦合精馏塔特性的参数研究
• 3.1.2.1 压缩比影响
• 3.1.2.2 进料热状态q影响
• 3.1.2.3 换热量分布方式影响
• 3.2 内部能量耦合精馏塔能量利用状况模拟分析
• 3.2.1 苯-甲苯物系
• 3.2.1.1 以热力学效率为基准
• 3.2.1.2 以公用工程费用为基准
• 3.2.2 丙烯-丙烷物系
• 3.2.2.1 以热力学效率为基准
• 3.2.2.2 以公用工程费用为基准
• 3.3 物系比较
• 3.4 小结
• 第四章 多组元内部能量耦合精馏塔模拟研究
• 4.1 理论板数影响
• 4.1.1 BTX物系
• 4.1.2 PCM物系
• 4.2 压缩比和进料热状态影响
• 4.2.1 BTX物系
• 4.2.2 PCM物系
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 符号说明
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢