三相精餾：非平衡模擬與參數(shù)估計.pdf

1、按照傳統(tǒng)的觀點，在精餾塔內(nèi)應(yīng)該避免出現(xiàn)多個液相共存的情況——因為多相會給操作和控制帶來很多不確定的因素。然而，在流程工業(yè)中，特別是在諸如共沸精餾、萃取精餾、反應(yīng)精餾等高附加值的化工生產(chǎn)中，往往不可避免地出現(xiàn)第二個液相，從而形成汽—液—液三相共存的復雜精餾過程。
　　 由于流動特征和傳質(zhì)機理過去復雜，三相精餾的研究一度停滯不前。近年來，隨著計算能力的提高和實驗設(shè)施的進步，探索汽—液—液三相精餾的條件逐漸成熟。因此，有必要深入研究三

2、相精餾過程及其本質(zhì)屬性，并以此為契機來提高精餾效率，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)節(jié)能降耗。
　　 本文致力于三相(填料)精餾過程的建模與仿真。在研究中分別建立了三相精餾的平衡(EQ)模型和非平衡(NEQ)模型，并利用柏林工業(yè)大學的實驗設(shè)施開展了系統(tǒng)化的填料精餾實驗。結(jié)果表明，汽—液—液三相間本質(zhì)上處于非平衡態(tài)。因此，基于板效率和HETP概念的EQ模型不適用于三相體系；NEQ模型是三相精餾過程建模的首選。然而，三相精餾NEQ模型的應(yīng)用也存在

3、一些制約因素，主要的問題是缺乏估算相間傳質(zhì)參數(shù)(如相接觸面積、傳質(zhì)系數(shù))的有效方法，這是本文的研究重點之一。
　　 本文的主要貢獻和創(chuàng)新點總結(jié)如下：
　　 1．針對汽—液—液三相精餾的流態(tài)多樣性，在綜合文獻成果和實驗觀測的基礎(chǔ)上，提出了三種改進的NEQ模型、即M1，M2，M3模型。這些模型基于不同的流態(tài)簡化和模型假設(shè)，可根據(jù)塔板或填料上的三相流動特征甄別選用。同時，針對三相精餾普遍存在的液相穩(wěn)定性問題，提出了內(nèi)置相穩(wěn)定性

4、算法的非平衡模擬方法。這對實際生產(chǎn)中大量存在的兩相/三相混合精餾過程具有重要意義。
　　 2．針對三相精餾中傳質(zhì)參數(shù)計算的難點，開展了基于NEQ模型的參數(shù)估計研究。提出了一種分層估計策略以歸類不同被估參數(shù)，成功地實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)集參數(shù)估計問題的分解降維。根據(jù)參數(shù)估計結(jié)果，建立了一些擴展的傳質(zhì)經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，首次有效地解決了非平衡模擬中傳質(zhì)參數(shù)難以估算的問題。研究表明，在三相精餾模擬中采用擴展的傳質(zhì)關(guān)聯(lián)式可以顯著地提升NEQ模型的預(yù)測性能

5、。
　　 3．通過分析汽—液—液三相在填料上的流動特征，建立了三相精餾的傳質(zhì)機理模型，可以用來定量計算汽—液—液三相界面上的所有傳質(zhì)參數(shù)(填補了文獻上的空白)。研究表明，第二液相的流動模式將對三相精餾的分離效率產(chǎn)生顯著影響。本文通過參數(shù)估計的方法，基于大量的三相精餾實驗數(shù)據(jù)，辨識了不同操作條件下第二液相的流動模式，進而揭示了三相精餾的一些本質(zhì)特征，對于學術(shù)界有關(guān)三相填料精餾的分離效率(上升或者下降)的爭論，也能夠給予合理的解釋。