内部热耦合精馏塔的传热及节能效果研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文内部热耦合精馏塔的传热及节能效果研究论文作者：轩碧涵学生类别：全日制学科门类：学术硕士学科专业：化学工程指导教师：方静职称：教授资助基金项目：教育部博士点基金，河北省重点基金论文题目DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalEngineeringHEATTRANSFERANDENERGY-SAVINGPERFORMANCEINVESTIGATIONOFINTERNALLYHEATINTEGRATEDDIST

2、ILLATIONCOLUMNByXuanBihanSupervisor:Prof.FangJingMay2017ThisworkwassupportedbytheResearchFoundfortheDoctoralProgramofChinaandtheKeyResearchandDevelopmentProgramofHebeiprovince河北工业大学硕士学位论文内部热耦合精馏塔的传热及节能效果研究河北工业大学硕士学位论文摘要精馏是液相分离过程首选的单元操作之一，同时也是能耗较大的单元操作之一，其能耗约占整个化工工业用能的40%左右，但其过程的热力学效率却很低，

3、只有5~20%。内部热耦合精馏塔（HIDiC）和传统精馏塔（CDiC）相比具有高热力学效率和低能耗的优势，因而在能源日趋紧张的国际环境下受到国内外学者的广泛关注。本文做了以下几方面研究，旨在为热耦合精馏过程提供基础数据，为HIDiC的结构设计指明方向，并且通过研究寻找最适宜的操作范围。本文以乙醇和水为分离物系，采用自制同轴式内部热耦合塔中试装置，在全回流和连续进料操作条件下，对该塔的性能及节能效果进行了系统的实验研究，获取了不同压缩比下的全塔温度分布，对实验数据初步分析得到了压缩比对传热量、能耗和总传热系数的影响趋势，结果表明，随着压缩比的增大，HIDiC精馏段和提馏段

4、之间的温差不断增大，传热量呈先增大后平稳的趋势，总传热系数则随压缩比的增大而减小，因此在影响总传热量的各个因素中，温差的影响大于总传热系数的影响。建立了HIDiC传热模型，并进行一系列绝热模拟研究，发现模拟得到的温度分布与实验中的温度分布吻合良好，因此在热量分布方面，本文建立了跟符合实际的传热模型，将传热系数经验公式应用于计算总传热系数。对比了总传热量的预测值和实验值，表明了计算方法的可靠性；对比不同压缩比下的操作线发现，对于乙醇-水物系，内部热耦合使精馏段的传质推动力升高，使提馏段传质推动力降低。以热力学第二定律为基础，对内部热耦合精馏过程进行热力学推导，运用熵分析法

5、明确了HIDiC的熵增小于传统精馏过程，能够降低精馏过程的不可逆性，提高精馏过程的热力学效率，降低能耗。以热力学第一定律为基础，比较不同压缩比下两塔段之间的换热量，HIDiC比常规精馏塔平均节约热量25.36%，平均节约冷量62.25%。根据热力学推导计算了HIDiC的热力学效率及其提高的百分比和熵增及其降低的百分比，结果表明HIDiC比常规精馏塔热力学效率平均提高了35.47%，熵增平均降低了24.53%。并且得到了最佳操作压缩比的范围为2.2~2.5，在此范围内，各项节能参数平均值均优于全部操作压缩比范围的对应数据。关键词：内部热耦合精馏塔；传热模型；总传热系数；热

6、力学分析；节能I内部热耦合精馏塔的传热及节能效果研究河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTDistillationoneofthemostpreferredunitoperationsinliquidphaseseparation.Meanwhile,itisoneofthemostenergyconsumptionunitoperation，itsenergyconsumptionaccountsforuptoabout40%inthechemicalindustrywiththedrawbackoflowthermodynamicefficiencywhichis

7、only5~20%.Comparedwiththeconventionaldistillationcolumn(CDiC),theheatintegrateddistillationcolumn(HIDiC)hastheadvantageofhighthermodynamicefficiencyandlowenergyconsumption,hencewideconcernhasbeenarousedbyscientistsofdomesticandabroadaboutHIDiCatthecurrentinternationalsitu