内部能量耦合精馏塔及其节能效果的模拟研究

【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。 【关键词】：内部能量耦合精馏塔(HIDiC) 压缩比 进料热状态 换热量分布方式 节能效果
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ028.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 前言9-11
• 第一章 文献综述11-27
• 1.1 精馏技术的发展11-12
• 1.2 精馏过程热力学分析12-14
• 1.2.1 最小分离功（W_(min)）的计算12-13
• 1.2.2 有效能消耗（Q_(dic)）的计算13-14
• 1.3 精馏过程的节能思路14-15
• 1.4 精馏过程的节能措施15-20
• 1.4.1 不改变流程的节能技术15-16
• 1.4.1.1 预热进料15
• 1.4.1.2 选择适宜的进料位置15
• 1.4.1.3 塔顶蒸汽余热的回收利用15-16
• 1.4.1.4 选择适宜的回流比R16
• 1.4.2 改变流程的节能技术16-20
• 1.4.2.1 优化多塔精馏的排列顺序16-17
• 1.4.2.2 多效精馏17
• 1.4.2.3 增设中间再沸器和中间冷凝器17
• 1.4.2.4 热泵精馏17
• 1.4.2.5 热耦精馏17-18
• 1.4.2.6 透热精馏18-19
• 1.4.2.7 内部能量耦合精馏19-20
• 1.5 内部能量耦合精馏的发展和研究现状20-25
• 1.5.1 二次回流与蒸发蒸馏（SRV）20
• 1.5.2 塔间换热式内部能量耦合塔20-23
• 1.5.2.1 隔板式内部能量耦合塔（DWC）21
• 1.5.2.2 双层内部能量耦合塔21-22
• 1.5.2.3 代夫特工业大学内部能量耦合塔22-23
• 1.5.3 换热器式内部能量耦合塔23-24
• 1.5.3.1 日本学者研究成果23-24
• 1.5.3.2 其它学者研究成果24
• 1.5.4 国内研究动态24-25
• 1.6 精馏过程模拟25-27
• 1.6.1 序贯模块法25-26
• 1.6.2 联立方程法26
• 1.6.3 联立模块法26-27
• 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27-32
• 2.1 内部能量耦合精馏技术的工作原理27
• 2.2 内部能量耦合精馏技术的节能分析27-30
• 2.2.1 图解法27-28
• 2.2.2 热力学分析28-30
• 2.3 内部能量耦合精馏技术建模30-32
• 第三章 二组元内部能量耦合精馏塔模拟研究32-57
• 3.1 内部能量耦合精馏塔特性分析和参数研究32-44
• 3.1.1 内部能量耦合精馏塔特性分析32-37
• 3.1.1.1 温度分布32-33
• 3.1.1.2 液相流率分布33-34
• 3.1.1.3 浓度分布34
• 3.1.1.4 夹点分析34-37
• 3.1.2 影响内部能量耦合精馏塔特性的参数研究37-44
• 3.1.2.1 压缩比影响37-40
• 3.1.2.2 进料热状态q影响40-43
• 3.1.2.3 换热量分布方式影响43-44
• 3.2 内部能量耦合精馏塔能量利用状况模拟分析44-55
• 3.2.1 苯-甲苯物系45-51
• 3.2.1.1 以热力学效率为基准46-48
• 3.2.1.2 以公用工程费用为基准48-51
• 3.2.2 丙烯-丙烷物系51-55
• 3.2.2.1 以热力学效率为基准52-53
• 3.2.2.2 以公用工程费用为基准53-55
• 3.3 物系比较55
• 3.4 小结55-57
• 第四章 多组元内部能量耦合精馏塔模拟研究57-67
• 4.1 理论板数影响57-61
• 4.1.1 BTX物系57-59
• 4.1.2 PCM物系59-61
• 4.2 压缩比和进料热状态影响61-65
• 4.2.1 BTX物系61-64
• 4.2.2 PCM物系64-65
• 4.3 小结65-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 符号说明69-71
• 参考文献71-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76

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