内外双降膜熔融结晶过程数值模拟

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1、中文摘要结晶是高效的分离提纯技术。降膜结晶．精馏联合操作工艺将降膜结晶和精馏这两种分离方法联合在一起，能够实现过程强化，适合于分离沸点接近而熔点差大的同分异构体以及高凝固点热敏物系。本文从基本的传递方程出发，考虑动态降膜流动、传质、传热以及结晶相变的相互耦合，建立了一套描述在圆形直管上降膜结晶过程的完整的通用数学模型。为实现模型的精确求解，将冷却介质、管壁、结晶层和料液层作为不同的区域分别建模独立计算，给出了完整的冷却液膜、管壁、结晶层和料液层之间界面的初值及边界条件。以萘和硫茚为研究对象，利用过程模拟软件gPROMS计算平台对建立的模型进行了数值模拟研究，考察了料

2、液的进口过热度、冷却水的进口过冷度、结晶管壁厚度、结晶管直径等因素对结晶过程产生的影响，分析了该过程适宜的操作条件。应用本通用数学模型，可以进行不同操作条件下及不同物系的模拟计算，为结晶器设计及优化操作提供依据。在gPROMS平台上建立了连续精馏塔的稳态通用数学模型，并以萘和硫茚为研究对象，进行了模拟计算，并通过优化精馏塔的操作参数得到了适宜的操作参数。通过对降膜结晶与精馏过程的特性分析，确定了降膜结晶与精馏过程的联合操作条件，实现了整体分离流程的高效操作，最大限度地提高了目标产品的收率。研究结果表明，本文建立的降膜结晶过程的通用数学模型取得了显著的进步，所开发的求

3、解方法对解决类似问题有一定的借鉴作用。研究结果可以为工业实际操作提供有力的指导。关键词：降膜结晶，数值模拟，gPROMS，精馏，萘ABSTRACTThecrystallizationprocessisahigheffectseparationtechnology．Thecombinationofthefailingfilmcrystallizationanddistillationcanhelptoseparationtheisomerideswhoseboilingpointsareprettymuchthesamewhilemeltingpointsarequi

4、tedifferent，andalsotheheatsensitivitymaterialswithhighfreezingpoints．Inthiswork,basedonthetransmittingequation，amathematicmodelwasformulatedwhichdescribedthefallingfilmcrystallizationontheroundpipeconsideringtheinteractionoftheflow，masstransfer，heattransferandthephasechange．Thecooledli

5、quidfilm，pipewall，crystallinelayerandfeedliquidlayerweretreatedasdifferentsection，andmodelswereformulatedrespectivelyforprecisionsolution．Takingnaphthaleneandthionaphtheneastheresearchobjects，numericalvaluesimulationwasaccomplishedbygPROMSprocesssimulationsoftware．Theinfluenceofseveral

6、parametersonthecrystallizationwereinvestigated，suchasthesuperheatofthefeedliquid，theundercoolingofthecoolingwater,thethicknessofthecrystalpipewall，thediameterofthepipe，andthefeasibleconditionwasconcluded．Usingthemathematicmodelthesimulationcanbecarriedoutunderdifferentconditionsfordiff

7、erentsystems，whichwillbeusedforcrystallizerdesignandoptimizationoperation．SteadymathematicmodelwasformulatedforcontinuousdistillationbygPROMS．Thesimulationwascarriedoutwithnaphthaleneandthionaphtheneastheresearchobjects．Thefeasibleconditionwasconcludedthroughoptimizingthedistillation