强化内部热耦合——高纯度乙二醇反应蒸馏塔的综合、设计与控制

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1、摘要强化内部热耦合一高纯度乙二醇反应蒸馏塔的综合、设计与控制反应蒸馏塔把反应操作和分离操作集成在一个装置内，有很大的节能潜力和经济效益。目前有些反应蒸馏塔确实比常规过程优越，但它们却并不是最优设计，而且还相差甚远。其根本原因在于没有充分挖掘过程强化的效果，没有合理的将反应操作和蒸馏操作有机地结合起来。为了能最大限度地挖掘出反应蒸馏塔的潜力，必须运用强化型设计方法。根据反应热与汽化热比值的大小，反应蒸馏塔可以分为大量热效应、少量热效应、无热效应三类。对含有大量热效应的反应蒸馏塔，黄克谨等人提出了强化内部热耦合的过程强化型综合设计原理，不仅能有效的减少反应蒸馏塔的能量消耗和固

2、定资产投资，还能显著地改善系统的动态性能。但对于存在副反应的复杂反应蒸馏塔，还没有研究强化内部热耦合的影响。而我们知道工业中的反应大都是存在副反应的，在这些反应中，必须保持反应的高选择性。因此，本文选择环氧乙烷水合法生产高纯度乙二醇反应蒸馏塔来研究强化内部热耦合的效果。高纯度乙二醇反应蒸馏塔不仅反应物之间的相对挥发度较大，有严重的非线性，而且还存在串级式副反应，需要保持反应的高选择性。这些都会给强化内部热耦合带来很大的挑战。北京化工大学硕士学位论文虽然高纯度乙二醇反应蒸馏塔具有不利的物化性质，强化内部热耦合仍然减少了反应蒸馏塔的能量消耗，降低了操作费用，还改善了系统的可控

3、性和可操作性。所有的研究结果表明：不管是放热反应、吸热反应、串行反应、并行反应，还是串并行的混合反应，强化内部热耦合均能改善系统的静态和动态特性，这个结论对于含有大量热效应的反应蒸馏塔均适用。也进一步说明在含有大量热效应的反应蒸馏塔中强化内部热耦合的必要性。关键字：反应蒸馏塔；乙二醇；内部热耦合；过程设计；动态特性II摘要INTENSIFYINGINTERNALHEATINTEGRATION——SYNTHESIS，DESIGNANDCONTROLOFAHIGH．PURITYETHYLENEGLYCoLREACTIVEDISTILLATIONCoLUMNABSTRACTRe

4、activedistillationcolumnsintegratereactionoperationandseparationoperationandhavegreatpotentialinenergy-savingandcapitalinvestment．Somereactivedistillationcolumnsappearindeedsuperiortoconventionalprocesses，butlargegapsstillexistincomparisonwiththeirpotentials．Theunderlingreasonisthatthefun

5、ctionofprocessintensificationhasnotbeenfullyexploited，implyinganineffectivecombinationbetweenreactionoperationandseparationoperation．Inordertomaximizethepotentialsofreactivedistillationcolumns，wemuststrengthentheeffectofprocessintensificationduringprocesssynthesisanddesign．Accordingtother

6、atiobetweenthethermalheatreleasedbythereactionsandthelatentheatofthereactingmixture，reactivedistillationcolumnscouldbedividedintothreetypes：thosewithhighthermaleffect，thosewithlowthermaleffect，andthosewithnegligiblethermaleffect．Forthereactivedistillationcolumnswithhi曲lythermaleffect，Huan

7、getnl北京化工大学硕士学位论文a1．developedthephilosophyforfurtherinternalheatintegrationinprocesssynthesisanddesign．Ithasbeenshownthatstrengtheninginternalheatintegrationisreallyeffectiveforthereductionofutilityconsumptionandcapitalinvestmentbesidesanimprovementinprocessdynamics