進料分流強化雙反應段蒸餾塔的綜合與設計.pdf

1、反應蒸餾技術是反應操作與分離操作相互耦合的產(chǎn)物，雖然它是一種最有代表性和最具發(fā)展?jié)摿Φ幕み^程強化技術，具有大幅度降低設備投資成本與操作能耗的潛力，但是這種優(yōu)勢并沒有在所有的反應物系中得到充分的體現(xiàn)，在某些條件下，反應蒸餾技術的劣勢甚至比那些傳統(tǒng)的工藝流程（一個反應器和幾個傳統(tǒng)的蒸餾塔組成的工藝流程）還要明顯。例如，在分離不利物系（反應物與產(chǎn)物的相對揮發(fā)度相間排列，即αR1＞αP1＞αR2＞αP2或αP1＞αR1＞αP2＞αR2)和最不

2、利物系（反應物是最輕和最重組分，產(chǎn)物是中間組分，相對揮發(fā)度的排列順序為αR1＞αP1＞αP2＞αR2）時，使用常規(guī)反應蒸餾技術的能耗較大或者根本無法完成分離，這影響了反應蒸餾技術優(yōu)勢的發(fā)揮及其使用范圍。為了解決這些問題，前人提出了不同的反應蒸餾結構和改進措施，但是這些方案中都存在著一個結構缺陷，即他們都忽略了未反應的反應物通過產(chǎn)品側線采出口塔板的量和濃度對于反應蒸餾塔設計的影響。為了研究這種影響，本文提出了“不利濃度”的概念，并提出了“

3、不利濃度”判據(jù)，以度量“不利濃度”的大小和研究其對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的影響。為了消除“不利濃度”的影響，本文提出了一種新的過程強化方案，即采取進料分流強化雙反應段蒸餾塔的設計，得到新的蒸餾塔設計方案——分料雙反應段蒸餾塔。分料比、分料的數(shù)量和分料的進料位置是分料雙反應段蒸餾塔設計中重要的設計變量，它們的合理設計可以顯著加強蒸餾塔的內(nèi)部能量耦合與物質耦合，這使得雙反應段結構首次應用于分離不利物系并獲得了良好的穩(wěn)態(tài)性能。通過對6個反應體系的對比研

4、究結果表明，由于大幅度降低了“不利濃度”的影響，大大降低了蒸餾塔的操作能耗，與現(xiàn)有反應蒸餾塔的結構方案相比，本文提出的分料雙反應段蒸餾塔具有最優(yōu)的經(jīng)濟性能。對于最不利物系，分料雙反應段蒸餾塔比現(xiàn)有最優(yōu)設計降低能耗最高達133.2％;對于不利物系，分料雙反應段蒸餾塔比現(xiàn)有最優(yōu)設計降低能耗最高達4.92％。
　　本博士畢業(yè)論文的主要目標是研究“不利濃度”對蒸餾塔設計的影響，建立以“不利濃度”及其判據(jù)為核心的理論框架，針對最不利物系以及

5、不利物系，系統(tǒng)地研究分料雙反應段蒸餾塔的優(yōu)化與設計。主要的研究工作可以歸納為以下幾點:
　　1、利用平衡級模型對分料雙反應段蒸餾塔進行了模型化研究，并建立了相關數(shù)學模型。
　　2、分別針對雙反應段蒸餾塔和現(xiàn)有研究中穩(wěn)態(tài)性能最優(yōu)的外部環(huán)流反應蒸餾塔進行了靈敏度分析，對比重要設計和化學參數(shù)變化對兩種結構穩(wěn)態(tài)設計的影響，論述了兩種結構在穩(wěn)態(tài)設計方面的優(yōu)缺點，說明了雙反應段蒸餾塔的研究意義。
　　3、提出了影響反應蒸餾塔分離效

6、率和能耗的因素，并提出了“不利濃度”的概念和“不利濃度”判據(jù)。本文根據(jù)對分離各類物系反應蒸餾塔結構的分析，提出了影響反應蒸餾塔分離效率和能耗的因素:(1)沒有反應的反應物能否順利回到并聚集于反應段;(2)反應物與產(chǎn)物是否容易分離;(3)經(jīng)過產(chǎn)物采出口反應物的量和濃度，并將這種不利于產(chǎn)品采出的反應物濃度和數(shù)量稱為“不利濃度”，為了度量“不利濃度”并根據(jù)其大小來設計和優(yōu)化反應蒸餾塔，提出了“不利濃度”判據(jù)。
　　4、提出了基于“不利濃

7、度”判據(jù)分料雙反應段的優(yōu)化與設計方法。該方法將“不利濃度”判據(jù)作為設計目標函數(shù)，以“不利濃度”判據(jù)作為衡量結構設計和優(yōu)化的目標參數(shù)，“不利濃度”判據(jù)能夠為過程優(yōu)化提供方向選擇，從而提高過程設計的搜索效率。
　　5、研究分離最不利物系的RDC-TRSFS的綜合與設計。通過對理想反應物系和實際反應物系等3個體系的分離研究，綜合對比了主要的分離最不利物系的蒸餾塔結構，論證了分料雙反應段的設計對消除“不利濃度”具有明顯作用，因此取得了最優(yōu)

8、的經(jīng)濟性能，設計結構合理有效。
　　6、首次將雙反應段結構應用于分離不利物系。由于采用進料分流設計雙反應段蒸餾塔，有效降低了“不利濃度”的影響，使得將雙反應段結構用于分離該物系成為了可能。相對于單反應段蒸餾塔和外部環(huán)流反應蒸餾塔，具有更優(yōu)的經(jīng)濟性能，同時驗證了雙反應段結構用于分離該物系的有效性和可行性。
　　7、研究了分料雙反應段蒸餾塔的控制結構，給出了控制方案。通過對醋酸與甲醇反應物系控制的模擬仿真，結果表明RDC-TRS