基于跨壁傳熱過(guò)程的隔壁塔節(jié)能優(yōu)化研究.pdf

1、隔壁塔是解決石油、化工領(lǐng)域中精餾系統(tǒng)能耗高、熱力學(xué)效率低等問(wèn)題的極具潛力的設(shè)備，研究表明相比于常規(guī)精餾序列，隔壁塔可節(jié)約能耗10％-60%，節(jié)省設(shè)備投資10%-50%，隔壁塔具有極大的研究?jī)r(jià)值和工業(yè)應(yīng)用前景。隔壁塔的特征結(jié)構(gòu)是在精餾塔內(nèi)放置一豎直隔板，隔板將精餾塔分成預(yù)分餾塔和主塔，預(yù)分餾塔起到初級(jí)分離混合物的作用，主塔起到進(jìn)一步分離預(yù)分餾塔塔頂物流和塔釜物流的作用。預(yù)分餾塔與主塔間的內(nèi)部耦合流股使得隔壁塔在一個(gè)塔殼內(nèi)實(shí)現(xiàn)了通常需要常規(guī)

2、精餾序列才能完成的分離任務(wù)，避免返混現(xiàn)象，降低能耗與設(shè)備投資。目前，隔壁塔的理論研究和過(guò)程設(shè)計(jì)多建立在完全熱耦合精餾塔的基礎(chǔ)上，即忽略隔壁塔的隔板兩側(cè)傳熱過(guò)程，這使得隔壁塔的模型與實(shí)際過(guò)程存在一定偏差，給設(shè)計(jì)優(yōu)化和操作調(diào)控帶來(lái)困難。
　　本文將具有不同隔板兩側(cè)傳熱過(guò)程的隔壁塔模型作為研究對(duì)象，利用模擬和實(shí)驗(yàn)手段建立、驗(yàn)證并修正模型，分析隔板兩側(cè)傳熱過(guò)程的熱耦合效應(yīng)、傳熱優(yōu)化過(guò)程的算法與節(jié)能機(jī)理，旨在通過(guò)研究來(lái)提高隔壁塔的仿真設(shè)計(jì)準(zhǔn)

3、確度，進(jìn)一步挖掘隔壁塔的節(jié)能潛力，擴(kuò)大工業(yè)應(yīng)用，本文的主要內(nèi)容如下：
　　首先，研究了隔壁塔建模前的初步設(shè)計(jì)方法，用于隔壁塔參數(shù)的初值估算，包括利用Underwood-Fenske-Gilliland聯(lián)合方程法進(jìn)行的隔壁塔簡(jiǎn)捷計(jì)算設(shè)計(jì)，以及以此為基礎(chǔ)進(jìn)行的隔壁塔嚴(yán)格模擬設(shè)計(jì)，得到嚴(yán)格模擬的簡(jiǎn)化優(yōu)化方程。
　　其次，在隔壁塔初步設(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用化工模擬軟件Aspen Plus和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立、驗(yàn)證并修正跨壁絕熱隔壁塔模型和

4、跨壁完全傳熱隔壁塔模型，分別考察多因素交互作用對(duì)模型的影響，研究發(fā)現(xiàn)：相比于隔板兩側(cè)絕熱過(guò)程，傳熱過(guò)程使得變量間的交互作用程度降低，能耗上升，隔板兩側(cè)傳熱過(guò)程對(duì)隔壁塔存在影響；以最佳操作區(qū)域作為限制約束條件，分析并篩選適合于搜索最佳工藝參數(shù)的模型-優(yōu)化算法組合，研究發(fā)現(xiàn)：采用響應(yīng)面模型-偏導(dǎo)尋優(yōu)法組合（RSM-PD）和克里金模型-多島遺傳算法組合（Kriging-MIGA）搜索所得的最佳工藝條件作為模擬輸入條件得到的測(cè)溫點(diǎn)溫度和能耗的模

5、擬值與其作為實(shí)驗(yàn)條件測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值均具有良好的吻合度， RSM-PD和Kriging-MIGA對(duì)跨壁絕熱隔壁塔模型和跨壁完全傳熱隔壁塔模型的尋優(yōu)均具有適應(yīng)性。
　　之后，在跨壁絕熱和跨壁完全傳熱隔壁塔模型的基礎(chǔ)上，研究了隔板兩側(cè)的熱耦合效應(yīng)、最佳傳熱位置的分析方法、傳熱量算法以及傳熱優(yōu)化過(guò)程的節(jié)能機(jī)理，分析隔板兩側(cè)不同傳熱過(guò)程對(duì)有效能損失、能耗和最佳操作區(qū)域的影響，研究發(fā)現(xiàn)：隔板兩側(cè)傳熱優(yōu)化過(guò)程可使隔壁塔的有效能損失和能耗下降、最佳

6、操作區(qū)域擴(kuò)大，氣、液分配比在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)對(duì)實(shí)現(xiàn)隔壁塔最低能耗的影響程度降低，隔板兩側(cè)傳熱優(yōu)化過(guò)程的節(jié)能機(jī)理為隔壁塔再節(jié)能提供一種改造隔板材料以及量化擴(kuò)大有益?zhèn)鳠釁^(qū)域面積的設(shè)計(jì)方向。
　　最后，以一工業(yè)多元醇水混合物水-乙醇-正丙醇-異丁醇為分離物系，建立并研究新型分離方法：鹽析萃取結(jié)合隔壁塔共沸精餾工藝，研究隔板兩側(cè)傳熱優(yōu)化過(guò)程的節(jié)能機(jī)理對(duì)工藝流程中隔壁塔種類的篩選機(jī)制，關(guān)聯(lián)鹽析萃取階段的最佳工藝參數(shù)與后續(xù)共沸精餾隔壁塔的種類