探究基于塔板组成线的反应精馏综合策略研究

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1、分类号密级806009学校代码学号104262002011013ll斜麓^◆硕士研究生学位论文论文题目：基于塔板组成线的反应精馏姓名指导教师学科专业专业代码研究方向综合策略研究杨小剐金思毅化学工程081701化工系统工程2005年5月28日青岛科技大学研究生学位论文基于塔板组成线的反应精馏综合策略研究摘要反应精馏是指将化学反应和精馏耦合在同一设备中完成的化工操作过程，它是现有工业过程强化的主要途径之一。使用反应精馏技术可降低设备投资和能耗，提高反应转化率和产品收率，使得生产过程更为环保。由于在精馏体系中

2、引入化学反应增加了问题的复杂性，使得反应精馏过程的设计难以有效地进行，因此开展反应精馏设计和综合策略的研究工作，具有重要的理论意义和应用价值。通过综合分析现有的反应精馏设计方法，作者选择了塔板组成线设计法作为研究方向。塔板组成线有着连续的特性，塔板组成线的相交是反应精馏塔设计可行的充要条件，利用它进行反应精馏设计可以同时获得多组可行设计方案，避免了通常设计中的重复试差过程，有利于设计的优化和评价。本文从塔板组成线法进行精馏的初步设计出发，利用剩余曲线、精馏线、操作叶、塔板组成线、反应空间等线图，对能否将

3、反应引入精馏过程、是否需要增加非反应精馏段以达到完全分离的目的、如何得到最佳可行设计方案等关键问题进行了研究，具体内容如下：(1)深入研究了剩余曲线、精馏线、夹点曲线、操作叶的一般性质，完善了常规精馏塔板组成线图解设计的理论基础。同时，为将塔板组成线设计法引入反应精馏过程，推导了普遍化的转换组成变量，并研究了不同反应类型的反应空间形式，以判断反应精馏过程是否需增加非反应精馏段。(2)根据塔板组成线的定义，本文推导了常规精馏塔板组成线的基本方程和全塔物料衡算方程，在对塔板组成线图研究的基础上给出了塔板组成

4、线的作图规则，提出了常规精馏塔板组成线设计策略，并通过理想和非理想(共沸精馏)体系的设计实例验证了该策略的有效性。基于塔扳组成线的反应精馏综合策略研究(3)基于普遍化的转换组成变量，推导了反应精馏塔各塔段的反应塔板组成线方程以及设计可行性方程，并定义了参考组分无因次变量和转换组成平衡常数。在此基础上，提出了给定进料和一个目标产品组成的塔板组成线反应精馏设计新策略，并对理想反应精馏体系进行了实例设计研究。(4)以本文提出的塔板组成线反应精馏设计策略为核心，提出了基于塔板组成线的反应精馏综合策略，并对高度非

5、理想的kffBE反应精馏体系进行实例研究，以验证该策略的有效性。本文提出的基于塔板组成线的反应精馏综合策略为：①确定反应体系和设计要求，收集物性数据；②采用剔除规则判断该体系是否需要采用反应精馏技术：③对该过程的反应精馏工艺和常规生产工艺进行初步评价，进一步确定是否需采用反应精馏技术；④利用反应空间的知识判断该体系是否需要增加非反应精馏段，确定出集成的反应精馏塔结构；⑤确定设计变量，利用操作叶判断该过程采用反应精馏的热力学可行性；⑥对可行的反应精馏体系，采用本文提出的反应精馏塔板组成线设计策略获得多组可

6、行设计方案；⑦采用可行区中心法对众多可行设计方案进行初步优选；⑧利用反应精馏过程模拟软件对优选方案进行模拟；⑨以一定的经济和环境目标，对剩余的较优方案进行量化评价；⑩确定最佳的设计方案。关键词：反应精馏塔板组成线转换组成变量操作叶图解设计综合策略II青岛科技大学研究生学位论文STUDIESONTHESYNTHESISSTRATEGYOFREACTIVEDISTlLLATl0NUSINGSTAGECOMPOSlTIONLfNESABSTRACTReactivedistillation(RD)isacomb

7、inationofunitoperations，chemicalreactionanddistillation．Thistypeofprocesswhichcombinesreactionandseparationseemstoprovidepromisingprocessalternativestoday．Reactivedistillationisthemostimportantprocessintensificationwaysintoday’Schemicalindustry．Thebenefi

8、tsobtainedinapplyingreactivedistillationarethatthecombinationofreactionandseparationintosingleunitCanreducetheequipmentinvestmentandtheenergyrequirementconsiderably,andinthecaseofareversiblereaction，theyieldofthedesiredpro