乙酸戊酯反应精馏塔的综合设计与控制—强化内部物质耦合的影响

论文摘要

反应精馏过程作为一个强化传统化学过程的有效方法,它在近几年再度引起人们的兴趣。反应精馏塔通过寻找反应段与分离段的深度耦合来进行工艺流程性能的提高,相比于常规精馏塔,反应精馏具备显著的节能和降低投资的优点。尤其是在酯化反应和醚化反应方面应用非常广泛。因此,如何使反应精馏过程实现性能的大幅度优化,成为了国内外的研究热点,也是本文的主要研究目的。在反应精馏塔中,根据反应热与反应混合物的汽化潜热的比率大小的不同,理论上通常将反应精馏塔划分为三种类型：大量热效应反应精馏塔,中等热效应反应精馏塔和无热效应反应精馏塔。反应和分离相结合这个理论很早以前就被注意了但是实际应用仍然很少见,现有的提高反应精馏塔热力学性能的方法,大多存在于大量热效应反应精馏领域,而对于无热效应反应精馏塔,至今仍没有提出系统的提高系统静态和动态性能的综合与设计方法。对于包含可忽略反应热的反应精馏塔来说,由于反应热很小,几乎是可以忽略的,因此反应段与精馏段的内部热耦合的作用对于系统的影响也是可以忽略的。热力学效率可以通过强化反应段和分离段的内部物质耦合的方法来进行综合设计,可以有效地提升反应精馏系统的热力学效率。本文以乙酸戊酯反应精馏塔为代表,研究强化内部物质耦合在无热反应精馏塔中的应用。其设计优化方法包括反应段与精馏段的耦合,反应段与提馏段的耦合,进料位置的再定位,以及催化剂的重新分布,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。研究结果表明,对于乙酸戊酯反应精馏塔,在使用“强化内部物质耦合”方法进行过程综合设计后,系统能耗出现了大幅度的减少,系统的热力学效率显著提高,设备费用和操作费用也会相应地减少,同时还改善了系统的可控性和可操作性。这个结论也可以广泛的应用于其他无热反应精馏系统中。也进一步说明在含有无热反应精馏系统中强化内部物质耦合具有重要的意义和作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义和目的
• 1.3 研究内容
• 第二章 反应精馏系统的研究
• 2.1 反应精馏塔的发展历史与现状
• 2.2 反应精馏塔的建模
• 2.2.1 反应精馏塔的静态模型
• 2.2.2 反应精馏塔的动态模型
• 2.3 反应精馏塔的综合与设计
• 2.4 反应精馏塔的控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 强化内部物质耦合反应精馏塔的研究
• 3.1 反应精馏塔的分类
• 3.2 强化内部物质耦合的提出
• 3.3 强化内部物质耦合的方法
• 3.4 强化内部物质耦合实现策略的综合研究
• 3.4.1 大量热效应反应精馏塔
• 3.4.2 中等热效应反应精馏塔
• 3.4.3 少量热效应反应精馏塔
• 3.5 本章小结
• 第四章 乙酸戊酯反应精馏塔强化内部物质耦合的综合与设计
• 4.1 乙酸戊酯反应精馏塔的过程描述
• 4.2 乙酸戊酯反应精馏塔的静态模型的建立
• 4.2.1 塔的结构和静态参数
• 4.2.2 基本塔的静态特性
• 4.3 乙酸戊酯反应精馏塔的内部物质耦合
• 4.3.1 设计方法
• 4.3.2 强化内部物质耦合乙酸戊酯反应精馏塔的静态优化结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 强化内部物质耦合对乙酸戊酯反应精馏塔动态性能的影响
• 5.1 乙酸戊酯反应精馏塔控制系统的设计
• 5.1.1 灵敏度分析
• 5.1.2 控制器的设计
• 5.2 乙酸戊酯反应精馏过程的动态响应
• 5.3 强化内部物质耦合对过程控制的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 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
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书