精餾塔設備的設計及節(jié)能研究進展創(chuàng)新實踐論文(編輯修改稿)
2025-07-15 18:46 本頁面
【文章內容簡介】 ｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，以下簡稱ＲＤ）是將化學反應過程和精餾分離過程耦合在一個單元操作中的過程。它的概念是在１９２１年由Ｂａｃｋｈａｕｓ所提出。反應精餾過程與常規(guī)精餾相比，有著轉化率和選擇性高；溫度控制較容易；反應時間短；操作費用低；設備投資少等常規(guī)的精餾塔與反應器分離的過程所不具備的優(yōu)點。近幾年來，由于能源日趨緊張，對生產成本的控制要求逐漸增大，對于反應精餾的研究的重點逐步由面向理論架構的縱向研究，轉移到面向實際生產工藝（如乙酸甲酯，乙酸乙酯，碳酸二甲酯等）的橫向研究上。此外，近三年來反應精餾的研究有相當一部分是與隔壁塔相結合的反應精餾隔壁塔。２．２ 反應精餾的穩(wěn)態(tài)模擬數(shù)學模型 目前在反應精餾穩(wěn)態(tài)模擬的數(shù)學模型中，最為簡捷，便于計算的是平衡級模型。該模型基于３個主要假設：①假設離開一個理論級的氣液相混合物處于相平衡狀態(tài)。②假設每一級上的混合物完全混合均勻。③反應僅發(fā)生在液相當中?；谶@個模型，計算時在精餾塔嚴格計算的平衡級模型的ＮＥＳＨ方程組的基礎上，增加了一個反應動力學方程（Ｒ方程）。關于平衡級模型的介紹較多，此處不再贅述。然而，在使用平衡級模型對反應精餾塔進行計算時，平衡級模型并未考慮到反應精餾過程中的板效率，這使得平衡級模型在實際用于工業(yè)計算時準確度不高。由于平衡級模型的這些局限性，Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｈｙ等于１９８５年提出了以雙膜傳遞理論為基礎的非平衡級速率模型。由于引入了反應速率這一變量，該模型比平衡級模型要實際一些，但仍存在著諸如板上氣液相全混、板上物料組成和溫度均勻等理想化假設，并且方程組的非線性程度增加，導致計算的難度加大。上述的兩個模型中，分別存在著“平衡級”和“全混級”這些不合理的假設，由于這些假設的不合理性，傳統(tǒng)精餾模擬中的非平衡級混合池模型就也被引入到反應精餾模擬當中。該模型能夠較為準確地模擬出實際的反應精餾過程，是對平衡級模型的提高與進一步的完善。除上述３種主要反應精餾穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型之外，還有統(tǒng)計模型、微分模型等諸多數(shù)學模型，多種數(shù)學模型的研究標志著對于均相反應的反應精餾的穩(wěn)態(tài)過程模擬研究已經比較成熟。２．３ 反應精餾的設計算法 反應精餾塔的設計方面的研究目前仍未形成系統(tǒng)的理論體系。這是因為該過程是一個反應與精餾的耦合過程，反應過程與精餾過程在同一個容器中，二者相互影響，使原來進料位置、副產物濃度、傳熱、速率、停留時間、板數(shù)、催化劑以及反應物進料配比等參數(shù)的很小變化，都可能對反應精餾過程產生較大影響，所以對該集成過程的研究比二者單獨研究要困難得多。基于上述原因，反應精餾的設計研究在２０世紀８０年代下半葉才逐漸增多，到目前為止，主要的反應精餾塔設計方法主要有直觀推斷法、圖示目標法、圖解設計法、數(shù)學模擬法、混合整數(shù)非線性規(guī)劃法等。Ｄｏｈｅｒｔｙ和Ｂａｒｂｏｓａ提出單一反應的簡單精餾轉換組成變量，并研究了其剩余曲線。之后在此基礎上，Ｄｏｈｅｒｔｙ和Ｕｎｇ又研究了在含有惰性組分的反應精餾系統(tǒng)中的轉換組成變量和剩余曲線圖。Ｂｌｅｓｓｉｎｇ等在轉換組成變量的基礎上，提出了反應空間和反應精餾線的概念，并結合反應精餾線和精餾線，研究了反應精餾過程的序列?；谵D換變量的概念，Ｔｈｏｎｇ等將塔板組成線法應用到了反應精餾塔設計當中。這種設計理念與前文所述的塔板組成線在常規(guī)精餾塔設計應用中的優(yōu)點類似，改變了原有的圖解法設計反應精餾塔的思路，塔板組成線法使得設計者可以同時獲得大量的可行設計方案。楊小剛等給出了塔板組成線法對反應精餾塔的圖解法設計的策略，并給出了精餾段和提餾段的反應精餾塔塔板組成線方程，設計可行性判據，并對理想反應體系進行了實例的設計計算，結果表明，塔板組成線法對反應精餾塔的設計較為系統(tǒng)，復雜程度小，迭代快，計算時間短，多組可行性方案的同時獲得，使得該方法對于已有設備的改造與優(yōu)化更為便利。綜上所述，在反應精餾這一領域中，反應精餾塔的設計是在穩(wěn)態(tài)模擬數(shù)學模型成熟之后才開始逐漸增多，由于起步相對較晚，尚未形成系統(tǒng)的理論體系，研究前景相對廣闊。由于反應精餾塔的復雜性，使得其設計方法入手點較多，但這些方法大都只能應用于理想體系，在非理想體系的設計方向上，尚存在著廣闊的研究空間。三 精餾塔操作能耗高體現(xiàn) 原因分析：回流量過大造成熱能
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