三元非均相共沸物系分离过程的合成

论文摘要

过程系统工程是将系统工程学的理论和方法应用于化工过程的一门新兴学科,主要内容包括:过程模拟、过程综合、过程参数的设定以及过程优化。其中,过程综合是过程系统工程的核心,也是本文所研究的主要内容。本文对三元非均相共沸物系为研究对象,以残余曲线图为理论基础。残余曲线图是联结三角相图和操作单元的一个桥梁,本文对残余曲线的原理、实验装置、绘制方法和热力学性质进行了总结性概述,在此基础上进行了物料集的划分以及候选操作单元的确定。结合F. Friedler等提出的P-图（Process Graph）理论,采用两种不同的方法（系统法和直观推断法）对三元物系分离过程的合成作了详细地论证。本文以乙酸-水-乙酸乙酯体系和乙腈-水-丙烯腈体系为例,分别采用不同的方法进行了分离过程的综合:进行了残余曲线图的绘制,物料集的划分,确定出所有操作单元。对体系1用改进的MSG算法生成一个最大结构,运用SSG算法,结合一些排除规则,排除掉不经济、不合理的可行结构,最后得到9个合理的可行结构,进一步合成一个超结构流程,通过设定操作变量和结构变量,建立了数学模型（混合整数非线性规划）,为进一步的过程优化奠定了基础;对体系2用直观推断法,依据理论分析和个人经验直接找到五个较优的可行结构,并对五个可行结构从设备投资和耗能方面进行了简单的比较。结果证明,这两种不同的过程综合方法都可以获得满意的结果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 过程系统工程的概述
• 1.2 过程综合的研究
• 1.2.1 过程综合的应用和过程优化的必要性
• 1.2.2 过程综合的进展
• 1.2.2.1 换热器网络综合
• 1.2.2.2 反应路径的综合
• 1.2.2.3 反应器网络的综合
• 1.2.2.4 公用工程系统的综合
• 1.2.2.5 全流程的综合
• 1.2.2.6 分离过程的综合
• 1.2.3 过程综合的发展趋势
• 1.3 分离过程的综合
• 1.3.1 分离过程在工业生产中的意义
• 1.3.2 分离过程综合的发展
• 1.3.3 分离过程综合的方法
• 1.3.3.1 直观推断法（Heuristic Method）
• 1.3.3.2 进化优化法（Evolutionary Method）
• 1.3.3.3 数学规划法（Algorithmic Method）
• 1.4 本论文的研究意义和主要内容
• 第二章 分离过程综合中的原理
• 2.1 三角相图的原理
• 2.1.1 组成在三角相图上的表示方法
• 2.1.2 残余曲线
• 2.1.2.1 残余曲线图的实验装置及性质
• 2.1.2.2 残余曲线图的简捷画法
• 2.1.3 溶解度曲线
• 2.2 过程图（Process Graph）的原理
• 2.3 可行结构（Solution Structure）的原理及意义
• 2.4 最大结构（Maximal Structure）的原理及意义
• 第三章 乙酸-水-乙酸乙酯体系分离过程的合成
• 3.1 乙酸-水-乙酸乙酯体系的残余曲线图
• 3.1.1 乙酸-水-乙酸乙酯体系的概述
• 3.1.2 残余曲线图的绘制
• 3.2 物料集的划分
• 3.3 确定操作单元
• 3.3.1 确定必要的操作单元
• 3.3.2 确定必要操作单元的上一级操作单元
• 3.3.3 确定辅助操作单元
• 3.4 合成分离过程的最大结构
• 3.5 可行结构的生成和分类
• 3.6 超结构流程的合成
• 3.7 本章小结
• 第四章 乙腈-水-丙烯腈体系分离过程的合成
• 4.1 乙腈-水-丙烯腈体系的残余曲线图
• 4.1.1 乙腈-水-丙烯腈体系的概述
• 4.1.2 残余曲线图的绘制
• 4.1.3 跨越精馏边界线的几种途径
• 4.2 乙腈-水-丙烯腈体系物料集的划分
• 4.2.1 根据临界线划分物料集
• 4.2.2 根据分离产物的唯一性细分物料集
• 4.3 确定乙腈-水-丙烯腈分离过程的操作单元
• 4.3.1 确定必需的操作单元
• 4.3.2 确定必需操作单元的上一级操作单元
• 4.3.3 确定辅助操作单元
• 4.4 直观推断法合成可行结构
• 4.4.1 多种可行结构的确定
• 4.4.2 对五个可行结构进行比较分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢