分隔塔装置的最小能耗分析及优化设计

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1、青岛科技大学硕士学位论文分隔塔装置的最小能耗分析及优化设计姓名：钱宏义申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：韩方煜;谭心舜20040420分隔塔装置的最小能耗分析及优化设计摘要精馏是应用最广泛的分离技术，精馏单元的能耗在整个过程工业的能耗上占有很大的比重。传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。突破传统的简单塔塔结构，设计节能型的复杂精馏设备及流程是目前精馏集成研究中的一大热点。新型的精馏塔结构一一分隔塔(DividingWallColumn)是基于热耦精馏基础上的一种复

2、杂塔结构。文献报道了分隔塔在处理三组分混合物时比常规的精馏装置节省20％～40％的能耗。除了能量节省外，分隔塔还具有节省投资费用的潜能。在本论文中，主要探讨了分离多元混合物的完全热耦合塔装置的最小能耗及其优化设计。这种完全热耦合塔装置也被称为Petlyuk塔，分隔塔是其中最典型的装置。对分隔塔最小能耗的分析是在简单塔能耗分析的基础上进行的，主要采用的分析方法是Underwood方程及由此得到的％。图。‰。图是关联进料分配与最小能耗的简单的可视化图形工具，为估计复杂的完全耦合塔装置的各个部分的蒸汽流量要

3、求提供了一个简单的方法。在满足分隔塔塔内物流约束的条件下，计算得到了最小汽相流率的解析式。在压力恒压、塔内恒相对挥发度及恒摩尔流的假设条件下，应用Underwood—Fenske-Gilliland简捷设计方法建立了分隔塔的数学模型。以年费用最小为优化目标对分隔塔进行了优化设计。最后以一个苯一甲苯一乙苯三组分混合物分离为例，通过分隔塔的简化等价塔序列，计算了其操作费用及设备投资费用，并与传统简单塔序列进行了比较。计算结果表明分隔塔具有显著的节能效果。关键词：复杂精馏：分隔塔；热耦合：节能；数学模型；优

4、化设计ANALYTICOFMlNIMUMENERGYCONSUMPTl0NANDOPTIMALDESIGNlNDIVIDINGWALLCoLUMNABSTRACTDistillationisthemostwidelyusedindustrialseparationtechnologyanddistillationunitsareresponsibleforasignificantpartofthetotalheatconsumptionintheworld’sprocessindustry．Theco

5、nventionaldistillationcolumnanditsdistillationsequencehasbeennotsuitforthetrendofthecurrentprocessintegrationandequipmentintegration．Thedesignoftheenergysavingcomplexdistillationcolumnandcomplexflowsheetbybreakingthecommoncolumnarrangementisabighotspoti

6、ncurrentdistillationintegration．Thenewdistillationcolumnarrangement一～DividingWallColumn(DWC)isakindofcomplexdistillationarrangementbasedOnthermalcoupleddistillation．Theliteraturehadreportedthatthedividingwallcolumnwithternaryfeedsaves20％～40％energyconsum

7、ptioncomparedtOtheconventionaldistillationsequence．Inadditiontoenergysavings．suchintegratedunitshavealsoapotentialreducedcapitalcost，makingthemextraattractive．Inthisworkwefocusondirectly(fullythermally)coupledcolumnarrangementsforseparationofmulticompon

8、entmixtures．ThesesystemsarealsodenotedPetlyukarrangement，whereaparticularimplementationistheDWC．TheanalyticofminimumenergyconsumptioninDWCisbasedOfltheanalyticabouttheconventionalcolumnandthemethodistheUnderwoodequationandtheK。-d