精馏塔设备的设计与节能研究进展-(1)

创新实践论文1创新实践论文精馏塔设备的设计与节能研究进展researchprogressofdesignandenergy-savingdistillationcolumn2015年6月15日学院：化学化工学院专业：化学工程与工艺班级：2012级2班学号：20121431姓名：洪钰坤指导教师：梁茂创新实践论文2创新实践课程评分表一、综述类二、研究类项目分值得分积极参加科研活动10文献资料查阅能力20具有较强动手能力及科研能力25报告书写结构、逻辑性15文笔流畅20符合写作规范10总分100项目分值得分积极参加教师科研活动具有较强动手能力20文献资料查阅能力15结构、逻辑性15文笔流畅25内容全面性15符合写作规范10总分100创新实践论文3精馏塔设备的设计与节能研究进展摘要精馏过程是化工过程中最耗能的过程之一。本文总结了常规精馏塔，反应精馏塔以及分隔壁精馏塔这几种类型精馏塔的研究进展。常规精馏塔的研究仍在进行，并主要体现在算法的改进与新算法的提出，以及常规精馏塔在化工高等教学的重要作用上，指出了反应精馏塔和分隔壁精馏塔是近几年精馏塔设计方面的研究热点，如反应精馏塔的模型、求解方法等，分隔壁精馏塔是一种全新的概念因而并未系统化，但却能够明显节省设备投资，并具有良好的节能前景，尤其是在与反应精馏结合后效果特别明显。文章最后对精馏塔的未来研究方向进行了展望。关键词：蒸馏；设计；反应精馏；节能；分隔壁精馏塔创新实践论文4researchprogressofdesignandenergy-savingdistillationcolumnABSTRACTDistillationprocessisoneofthemostenergyconsumptionprocessinchemicalprocess.Thisarticlesummarizestheconventionaldistillation,reactionrectificationtowerrectificationtowernexttotheseveraltypesandtheresearchprogressofrectificationcolumn.Conventionaldistillationresearchisstillon,andismainlymanifestedinthealgorithmisimprovedandnewalgorithmisputforward,andtheimportantroleofhighconventionalrectificationcolumninchemicalteaching,pointsoutthereactionrectificationtowerandpointsthenextrectificationtowerisrectifyingcolumndesignresearchhotspotinrecentyears,suchasreactionmodelandsolvingmethodofrectificationtower,pointsthenextcolumnisakindofbrand-newconceptandthereforeisnotsystematic,butitcanobviouslysaveequipmentinvestment,andhaveagoodprospectofenergysaving,especiallyaftercombinedwithreactionrectificationeffectisparticularlyevident.Finallythefutureresearchdirectionoftherectifyingcolumnisdiscussed.创新实践论文5KeyWords:Distillation;Design;Reactiondistillation;Energysaving;Pointsthenextcolumn创新实践论文6目录一常规精馏塔设计..........................................................................................................7１．１常用算法的改进与新算法的提出..............................................................7１．２使用计算机对精馏过程进行辅助计算......................................................7二反应精馏塔设计..........................................................................................................8２．１反应精馏的发展历程与简介......................................................................8２．２反应精馏的稳态模拟数学模型..................................................................8２．３反应精馏的设计算法..................................................................................9三精馏塔操作能耗高体现............................................................................................103.1蒸汽耗量大..........................................................................................................103.2产品回收率低，单耗高......................................................................................103.3操作总费用高......................................................................................................10四精馏塔的节能优化.....................................................................................................114.1最佳回流比的选取...............................................................................................114.1.2回流比与设备费用的关系........................................................................114.2塔内件的选择......................................................................................................114.2.1填料............................................................................................................114.2.2液体分布器...............................................................................................124.3进料温度和进料位置的确定.............................................................................124.3.1最佳的进料位置.......................................................................................124.3.2进料温度...................................................................................................13创新实践论文7一常规精馏塔设计精馏塔设计是化工过程中的核心单元操作之一，是最重要的分离单元过程。近年来对于简单精馏塔设计算法的研究，主要集中于两个方面：①是对精馏塔常用计算方法的改进与精馏过程新算法的提出，②研究如何用计算机对精馏过程进行辅助计算。１．１常用算法的改进与新算法的提出精馏塔的设计，就是在给定进料状况与组成，以及一定的操作条件的情况下，通过一系列的计算，最后给出分离所需的理论板数。常用的精馏塔设计方法包括图解法，逐板计算法，简捷法等。此外塔板组成线法等新算法的提出，也为精馏塔设计的算法研究打开了新的思路。数值算法是指在数学分析问题中，对使用数学近似算法的研究。由于精馏塔设计所需的变量多，假设通常也比较多，往往不能获得一个完整的结果，所以使用数值算法来优化传统精馏塔设计方法，提高设计的精确度，无疑是一个良好的研究方向。近几年来，已有多篇报道围绕利用数值算法对传统精馏计算进行优化改进。吴晓艺等研究了拉格朗日插值法在图解法设计精馏塔中的应用。在这个研究中，研究者通过已知的平衡数据，使用ＭＡＴＬＡＢ编程模拟生成气液平衡曲线并通过图解法计算，获得了理论板数和进料位置。该方法准确性高，只要有气液平衡数据即可采用，与大型模拟软件相比，使用ＭＡＴＬＡＢ编程计算运行时间短，计算效率高，具有很强的适用性。１．２使用计算机对精馏过程进行辅助计算在现代化工设计过程与优化过程中，计算机的计算早已取代了传统耗时耗力的手工计算。一些化工应用软件以其强大的数值、符号运算功能、生动的图像处理力，代替了过去传统方式下的笔纸进行的设计操作。这些软件的广泛应用，极大地提高了设计的效率和设计质量。在化工类高等教育中，计算机辅助教学也是教学内容改革的重要组成部分。刘玉兰等给出了一种使用Excel快速计算双组分理想物系平衡组成，泡露点以及漏液点孔速的方法，虽然该方法现实工厂实践中并没有太大的意义，但是对于高校中化工高等教育的教学中，其操作方便快捷，易于掌握，计算结果相对可靠，因此有利于提高学生的学习兴趣，节省计算时间，仍然具有一定的实用价值。田文德等探究了在使用ＭＡＴＬＡＢ对精馏过程的辅助计算。这项研究的出发点也是辅助化工原理课程的教学，由于ＭＡＴＬＡＢ是一种直观性较强，相对容易的计算机语言，并且数学运算能力强大，因此这项研究对精馏这类的工程计算创新实践论文8有很大的实用价值。综上所述，使用计算机对简单精馏的辅助计算，研究方向多集中在高校化学工程的教学当中。这种辅助计算，可以很好地加深对计算过程的理解，同时熟悉使用计算机语言编程这一工程计算的手段，对化工过程数值模拟的学习也有一定的帮助。二反应精馏塔设计２．１反应精馏的发展历程与简介反应精馏（ｒｅａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，以下简称ＲＤ）是将化学反应过程和精馏分离过程耦合在一个单元操作中的过程。它的概念是在１９２１年由Ｂａｃｋｈａｕｓ所提出。反应精馏过程与常规精馏相比，有着转化率和选择性高；温度控制较容易；反应时间短；操作费用低；设备投资少等常规的精馏塔与反应器分离的过程所不具备的优点。近几年来，由于能源日趋紧