完全热耦合精馏塔及其节能效果的模拟研究

【摘要】：本文针对完全热耦合精馏塔(又称Petlyuk塔),应用化工流程模拟软件ASPEN PLUS,在三塔模型的简捷法所得初始设定参数基础上对完全热耦合精馏塔进行严格模拟,并通过模拟对全热耦合精馏塔的进料板位置、侧线采出位置、中间组分分配比β、气相分割比Rv和液相分割比Rl等参数进行优化。文章以戊烷-己烷-庚烷三元物的分离为例,模拟分析全热耦合精馏塔的特性。 研究过程中主要针对影响完全热耦合精馏塔操作性能的关键因素——气相分割比Rv、液相分割比Rl的影响进行了探讨,模拟结果表明,气相分割比Rv、液相分割比Rl对全热耦合精馏塔的能量利用情况和操作特性影响显著。当固定Rv(或Rl)为某一值时,Rl(或Rv)有使全塔再沸器热负荷最低的值,变化Rv(或Rl)值可寻找全塔再沸器热负荷最低值,即全热耦合精馏塔在最优条件下操作。另外,研究了Rv和Rl对产品纯度和塔的操作性能的影响。 将完全热耦合精馏塔应用于多组元物系工业分离,针对乙烯流程中碳三、碳四和碳五分离系统,主要研究进料中中间组分碳四含量较少、各组分均等进料和进料中中间组分碳四含量较多三种情况,将完全热耦合精馏塔和传统精馏塔直接序列、传统精馏塔间接序列、部分热耦合精馏塔直接序列、部分热耦合精馏塔间接序列进行节能对比,结果显示热耦合精馏塔具有较好的节能效果。当中间组分含量较多时完全热耦合精馏塔分离为最优,节能百分率15.7%;中间组分碳四含量较少、均等进料情况下,部分热耦合精馏塔分离最优,节能百分率分别为16.8%和14.1%。并对这五种塔系进行公用工程费用和年度总费用分析,结果显示,由于精馏塔塔顶冷凝器采用丙烯冷剂制冷,导致全热耦合精馏塔和部分热耦合精馏塔间接序列消耗费用较传统精馏塔多,而部分热耦合精馏塔直接序列最经济。 【关键词】：完全热耦精馏合塔 气相分割比 液相分割比 中间组分分配比 精馏节能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ028.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 前言8-9
• 第一章 文献综述9-30
• 1.1 精馏技术的发展9-10
• 1.2 精馏过程热力学分析10-11
• 1.3 精馏过程的节能思路11-12
• 1.4 精馏过程的节能措施12-17
• 1.4.1 不改变流程的节能技术12-14
• 1.4.1.1 优化操作过程条件12-13
• 1.4.1.2 选择适宜的进料条件13
• 1.4.1.3 充分回收、利用精馏过程的能量13-14
• 1.4.2 改变流程的节能技术14-17
• 1.4.2.1 优化多塔精馏的排列顺序14
• 1.4.2.2 塔系的热集成14-17
• 1.5 热耦精馏技术的发展和研究现状17-30
• 1.5.1 热耦精馏塔的分类17-22
• 1.5.1.1 常规精馏塔18
• 1.5.1.2 侧线精馏塔18-19
• 1.5.1.3 侧线提馏塔19
• 1.5.1.4 完全热耦合精馏塔19-20
• 1.5.1.5 隔板精馏塔20-22
• 1.5.2 完全热耦合精馏塔的发展现状22-30
• 1.5.2.1 完全热耦合精馏塔的研究现状22-27
• 1.5.2.2 完全热耦合精馏塔的工业应用现状27-30
• 第二章 三组元完全热耦合精馏塔分析30-39
• 2.1 完全热耦合精馏技术的节能原理30-32
• 2.2 完全热耦合精馏塔的简捷计算32-37
• 2.2.1 全塔物料衡算33
• 2.2.2 塔1 最小气相流率33-34
• 2.2.3 塔2 最小气相流率34-35
• 2.2.4 塔3 最小气相流率35
• 2.2.5 Petlyuk全塔最小气相流率和最优区间35-36
• 2.2.6 理论板数和适宜进料位置的确定36-37
• 2.3 完全热耦合精馏技术严格模拟的研究方法37-39
• 第三章 三组元完全耦合精馏塔的严格模拟39-55
• 3.1 完全热耦合精馏塔的简捷设计结果及严格模拟优化结果39-41
• 3.2 完全热耦合精馏塔的特性研究41-53
• 3.2.1 浓度分布41-42
• 3.2.2 温度分布42-43
• 3.2.3 气相分割比Rv和液相分割比Rl的模拟寻优43-45
• 3.2.3.1 再沸器热负荷与气相分割比Rv和液相分割比Rl的关系43-44
• 3.2.3.2 气相摩尔流率随液相分割比Rl的影响44-45
• 3.2.4 中间组分分配比β影响45-47
• 3.2.4.1 中间组分分配比β与气相分割比Rv和液相分割比Rl的关系45-46
• 3.2.4.2 中间组分分配比β与再沸器热负荷的关系46-47
• 3.2.5 不同进料热状态下Rv、Rl的操作策略47-48
• 3.2.6 产品纯度灵敏度分析48-53
• 3.2.6.1 气相分割比Rv和液相分割比Rl对产品纯度的影响48-52
• 3.2.6.2 不同产品纯度下气相分割比Rv和液相分割比Rl的影响52-53
• 3.3 小结53-55
• 第四章 低碳烷烃类分离系统完全热耦合精馏塔的模拟研究55-74
• 4.1 用于多组分分离的不同精馏方式55-59
• 4.2 三种进料情况下五种塔系能量利用情况模拟研究59-72
• 4.2.1 进料中中间组分含量较少条件下的模拟59-65
• 4.2.1.1 以热量消耗为基准的比较60-61
• 4.2.1.2 以公用工程为基准的比较61-63
• 4.2.1.3 以年度总费用为基准的比较63-65
• 4.2.2 进料中各组分含量相当条件下的模拟65-68
• 4.2.2.1 以热量消耗为基准的比较65-66
• 4.2.2.2 以公用工程为基准的比较66-67
• 4.2.2.3 以年度总费用为基准的比较67-68
• 4.2.3 进料中中间组分含量较多条件下的模拟68-72
• 4.2.3.1 以热量消耗为基准的比较69-70
• 4.2.3.2 以公用工程为基准的比较70-71
• 4.2.3.3 以年度总费用为基准的比较71-72
• 4.3 小结72-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 符号说明76-78
• 附录A 精馏塔投资费用计算78-80
• 附录B 各塔系设计参数、能量费用表80-83
• 参考文献83-91
• 发表论文和参加科研情况说明91-92
• 致谢92-93
• 附表93-108

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