论文题目: “背包式”反应精馏优化理论和应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 徐骏
导师: 乔旭,王延儒
关键词: 反应精馏,背包式,模拟,优化,氯化苄,氯代环己烷
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 甲苯光氯化制取氯化苄是一典型的以中间产物为目标产物的连串反应体系,其原料甲苯与产品氯化苄的沸点差达到69℃之多,采用反应精馏技术对于提高甲苯转化率和氯化苄选择性是十分必要也是完全可行的。利用板式塔进行反应精馏生产氯化苄前人已有研究,但是由于受限于没有足够的反应空间,单套工业化装置的生产能力仅为1000t/a左右。本文拟寻求一种适合该体系的新型反应精馏装置,以大幅度提高单套装置的生产能力,实现氯化苄生产装置的大型化;同时进行该新型反应精馏耦合装置的相关理论研究,建立过程模拟与优化设计的新方法,从而从理论和工程应用两个方面解决反应精馏装置大型化问题。 反应精馏装置结构多种多样,催化剂装填方式以及塔板结构也是千变万化。而对于甲苯光氯化制取氯化苄反应过程,提供足够的光催化反应空间,是实现装置规模大型化的关键,对塔板的结构则没有过多的要求,而本文所建立的“背包式”反应精馏装置很容易满足这样的要求。 “背包式”反应精馏装置将原本在塔内发生的反应移到了塔外进行,从严格意义上说反应和精馏不在同一空间进行,但塔内与塔外反应器存在着流体质量交换,可以看成是传统反应精馏装置的一种拓展模式,当反应器个数很多时这样的装置将与传统装置趋于统一。由于“背包式”反应精馏装置与传统装置存在差异,关于其模型与模拟以及优化设计等理论研究鲜见报道。 本文首先建立了甲苯光氯化“背包式”反应精馏过程数学模型、模拟和优化设计方法。模型包含精馏塔和反应器的物料平衡、热量平衡以及体系的气液平衡和反应动力学方程,由于精馏塔和反应器相对独立,模拟和优化设计可以在各自独立计算的基础上,由相互间流体交换的量、组成和状态体现精馏与反应的偶联关系。采用牛顿—拉夫森法对模型进行求解。 对于甲苯光氯化“背包式”反应精馏过程,反应量由通入反应器的氯气量所决定,而通氯量可以独立控制,因此可称为具有独立反应量的反应精馏过程。本文提出了反应能力与分离能力相互匹配是反应精馏过程优化关键的观点,建立了具有独立反应量反应精馏过程优化设计方法和步骤,即在一定的精馏塔分
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
第二章 文献综述
2．1 反应分离
2．1．1 分类
2．1．2 多功能反应器
2．1．3 理论研究
2．2 反应精馏
2．2．1 概述
2．2．2 反应精馏的工业应用
2．2．3 反应精馏的适用范围和工艺要求
2．2．4 反应精馏塔的塔结构及催化剂装填方式
2．2．5 反应精馏过程的模拟
2．2．6 反应精馏过程的设计
2．3 本文的研究思路及内容
第三章 “背包式”反应精馏过程的理论模型与模拟
3．1 “背包式”反应精馏过程的平衡级模型
3．1．1 模型假设
3．1．2 模型方程组的建立
3．1．3 模型具体说明
3．2 “背包式”反应精馏过程模型的解法
3．2．1 内层(通用层)计算方法
3．2．2 外层(特征层)计算方法
3．2．3 总的计算步骤
3．3 模拟计算结果与讨论
3．3．1 计算实例
3．3．2 不同工艺条件对反应精馏的影响
3．4 本章小结
第四章 “背包式”反应精馏过程的优化设计
4．1 优化问题与计算方法
4．1．1 优化问题的提出
4．1．2 优化计算方法
4．1．3 简化精馏塔模型与算法
4．1．4 目标函数的计算
4．1．5 优化软件(LINGO软件)
4．1．6 优化决策变量
4．2 优化计算结果
4．2．1 反应器台数及反应区塔板数的选择
4．2．2 分离区塔板数的选择
4．2．3 优化操作条件
4．2．4 优化设计的结果
4．3 HYSYS软件计算的验证
4．3．1 HYSYS软件介绍
4．3．2 精馏塔模型的设计
4．3．3 各反应器中氯气分配的计算
4．3．4 总流程
4．3．5 验证的结果
4．4 优化设计与模拟计算结果的比较
4．5 本章小结
第五章 甲苯氯化“背包式”反应精馏过程的实验研究
5．1 实验装置的建立
5．1．1 “背包式”反应精馏装置的结构
5．1．2 实验流程
5．1．3 具体操作方法和步骤
5．1．4 分析方法
5．2 实验结果与讨论
5．2．1 反应能力改变对反应精馏的影响
5．2．2 分离能力改变对反应精馏的影响
5．3 本章小结
第六章 甲苯氯化“背包式”反应精馏的工业性试验
6．1 工业试验装置的设计
6．1．1 设计依据
6．1．2 工业装置流程的确定
6．1．3 工艺操作参数的确定
6．1．4 设置预反应器对过程的影响分析
6．1．5 装置实际塔板数的确定
6．1．6 塔径的确定
6．2 工业装置试验结果
6．2．1 操作步骤
6．2．2 试验结果
6．3 本章小结
第七章 “背包式”反应精馏技术在环己烷氯化中的应用
7．1 氯代环己烷生产工艺概述
7．2 环己烷氯化反应精馏实验
7．2．1 实验装置与分析方法
7．2．2 实验结果与讨论
7．3 对环己烷氯化反应机理的分析
7．3．1 定性分析仪器及操作条件
7．3．2 定性分析结果
7．3．3 反应机理的初步分析
7．4 本章小结
第八章 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
附录
致谢
发布时间: 2005-10-13
参考文献
- [1].反应精馏过程的建模与优化控制研究[D]. 张猛.清华大学2004
- [2].催化反应精馏过程的应用基础及其技术扩展[D]. 陶端健.南京大学2011
- [3].微波强化催化反应精馏过程研究[D]. 高鑫.天津大学2011
- [4].催化与渗透汽化双功能膜制备及其反应精馏过程的研究[D]. 马晓华.华东理工大学2012
- [5].基于辅助化学反应直接强化的乙酸甲酯水解反应精馏过程基础研究[D]. 童立威.华东理工大学2014
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