强化内部物质耦合——无热效应反应精馏塔的综合与设计

论文摘要

现代化工生产领域对系统优化、绿色化工越来越迫切的要求促进了反应精馏塔技术的快速发展。相比于传统精馏技术,反应精馏具备显著的节能和降低投资的优点。因此,如何最大程度地发掘反应精馏系统的潜在节能优势,成为了国内外的研究热点,也是本文的研究依据。依据塔内反应热量与汽化潜热比值的大小,反应精馏塔可以被划分为有大量热效应、有部分热效应、无热效应三大类。现有的提高反应精馏系统热力学效率的方法,大多是针对于有大量热效应反应精馏过程进行研究的。而对于无热效应反应精馏塔,至今仍没有完整的提高系统热力学效率的系统综合与设计方法被提出。因此,本文以无热效应反应精馏塔为研究对象,首次提出了以“强化内部物质耦合”的方法进行过程设计,可以有效地提升反应精馏系统的热力学效率。研究表明,反应段与精馏段耦合、反应段与提馏段耦合、改变反应物进料位置、改变催化剂在反应段内的分布状态这四种方法可以有效地强化反应精馏系统内部物质耦合。对这四种方法合理地加以综合运用,可以得到一个系统化的强化设计策略。四种不同的反应精馏体系在使用“强化内部物质耦合”方法进行过程综合设计后,系统能耗均出现了明显的降低,系统的热力学效率显著提高,同时设备投资和运行费用也会相应地减少。实践证明,“强化系统内部物质耦合”的系统综合与设计方法具有普遍通用性,对于不同的反应精馏体系、不同的物理特性和操作条件,都能显著地发挥节能效果,且该方法简便易行。因此“强化内部物质耦合”的设计方法对反应精馏过程的综合与设计具有重要的意义和作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 反应精馏过程的发展方向
• 1.2 反应精馏的特点与研究必要性
• 1.3 论文结构
• 第二章 反应精馏过程简析
• 2.1 反应精馏技术的发展与实际工业应用
• 2.2 反应精馏过程建模技术的研究
• 2.2.1 反应精馏系统稳态模型
• 2.2.2 反应精馏系统动态模型
• 2.2.2.1 动态模型简介及研究情况
• 2.2.2.2 多稳态现象
• 2.3 以反应热为依据的反应精馏塔分类方法
• 2.4 提升反应精馏系统性能的强化设计方法
• 第三章 强化内部物质耦合
• 3.1 强化系统内部物质耦合概念的提出
• 3.2 实现强化系统内部物质耦合的四种方法
• 3.3 实现强化内部物质耦合的系统化综合搜索策略
• 3.4 强化内部物质耦合小结
• 第四章 理想四元反应精馏体系A+B←→C+D
• 4.1 A+B←→C+D反应精馏体系过程描述
• 4.2 稳态模型描述
• 4.3 增强反应精馏系统内部物质耦合的效果
• 4.4 其他物理特性和操作条件对系统内部物质耦合的影响
• B进料热状况对系统稳态特性的影响'>4.4.1 F_B进料热状况对系统稳态特性的影响
• 4.4.2 催化剂总量对系统稳态特性的影响
• 4.5 小结
• 第五章 双进料的理想三元反应精馏体系A+B（?）C
• 5.1 A+B（?）C反应精馏体系过程描述
• 5.2 稳态模型描述
• 5.3 增强反应精馏系统内部物质耦合的效果
• 5.4 其他物理特性和操作条件对系统内部物质耦合的影响
• A进料热状况对系统稳态特性的影响'>5.4.1 F_A进料热状况对系统稳态特性的影响
• 5.4.2 催化剂总量对系统稳态特性的影响
• 5.5 小结
• 第六章 理想三元反应精馏体系A（HK）（?）B（LK）+C（IK）
• 6.1 A（?）B+C反应精馏体系过程描述
• 6.2 稳态模型描述
• 6.3 增强反应精馏系统内部物质耦合的效果
• 6.4 其他物理特性和操作条件对系统内部物质耦合的影响
• A进料热状况对系统稳态特性的影响'>6.4.1 F_A进料热状况对系统稳态特性的影响
• 6.4.2 催化剂总量对系统稳态特性的影响
• 6.5 小结
• 第七章 理想三元反应精馏体系A（IK）（?）B（LK）+C（HK）
• 7.1 A（IK）（?）B（LK）+C（HK）过程描述
• 7.2 稳态模型描述
• 7.3 增强反应精馏系统内部物质耦合的效果
• 7.4 其他物理特性和操作条件对系统内部物质耦合的影响
• A进料热状况对系统稳态特性的影响'>7.4.1 F_A进料热状况对系统稳态特性的影响
• 7.4.2 催化剂总量对系统稳态特性的影响
• 7.5 小结
• 第八章 强化系统内部物质耦合的讨论
• 8.1 其他强化系统内部物质耦合的方法
• 8.2 强化系统内部物质耦合方法的适用范围
• 第九章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师与作者简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书