乙醇精馏塔的优化设计论文

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1、乙醇精馏塔的优化设计毕业论文摘要：本文在查阅大量文献资料的基础上，针对乙醇精馏塔的优化设计问题，通过分析它的发展历史、现状及其前人的研究成果等提出自己的研究方案，从而为保证年总费用的耗费最低提供方向。关键词：乙醇，精馏塔，优化设计1前言精馏是分离液体混合物(含可液化的气体混合物)最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用[1]。精馏是消耗能源最多、要求最严又最难控制的单元操作，它关系到产品的质量，能源消耗，环境保护等问题。而精馏塔是精馏工段的关键设备，对生产的质量和产量的稳定性起着决定的作用，精馏塔可以将乙醇组分与水和重组分分离，得

2、到精乙醇产品；还可以将水分离出来，并尽量降低其他有机杂质的含量，排出系统之外，因此精馏塔操作的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益[2]。近年来，最优化技术是一门发展很快的新兴的应用性很强的技术，它是研究在一定条件下如何用最小的代价获得最佳的效果。随着计算机技术的迅猛发展，最优化技术在实际生产中的应用越来越广泛，越来越多的工程设计问题通过适当的数学方法处理，经由计算机的计算得到最优设计的效果，所以精馏塔的优化设计对降低能耗，节省投资具有重要的意义。2本课题相关领域的历史、现状和前沿发展情况2.1精馏塔设备的发展史精馏塔的发展可以归纳为以下几个阶段[3]：

3、(1)20世纪20至50年代，塔设计处于简单的平衡量、塔板效率、传质系数、液泛等概念和简单设计的水平，此时尽管乱堆填料也在小型塔设备中应用，但泡罩塔板是工业应用无可比拟的塔内件，在当时被认为是不可替代的。(2)50年代至70年代，由于塔设备巨大的工业应用市场和开发潜力，在50年代，在发达国家，精馏塔内件的研究发展到一个全新、大规模、集团化的研究阶段。61951年Koch公司的Nutter率先发明了浮阀塔板的概念，浮阀塔板以比泡罩塔板更低的压降、更高的操作效率、更大的处理能力、更大的操作弹性、极低的液面落差和低造价适用于脏、粘体系等强大的生命力成为塔内体主

4、流，很快替代了泡罩塔板，标志着一个新时代的开始，直到今天它仍是工业应用主流。60年代，板式塔另一个标志性的技术进步是大孔筛板的研究与应用。大孔筛板的广泛应用也标志着塔设备操作控制技术，可靠精馏工艺模拟和塔设备设计技术的发展尤其是计算机在线控制技术为生产控制带来了革命性地变化。(3)自70年代以来，在精馏过程中，填料塔作为一种传质和传热设备，至今己发展成为典型的、十分重要的单元设备。尤其是进入80年代以后，以“规整填料和塔内构件”为主要技术代表的新型填料塔在精馏过程中的分离技术在国内受到普遍重视，因此对填料塔的开发应用进入了一个新的历史时期。(4)80、9

5、0年代后期，填料继续广泛应用于精馏减压塔，并出现了某些常压塔和加压塔塔生产的增效、增能中获得一定的效果报导的实例。新型、高效、大处理能力板式塔的不断开发和研究，并在工业应用中获得成功。2.2精馏塔的发展现状2.2.1精馏技术的发展现状精馏是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递,并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程[4-5]。作为当代工业应用最广的分离技术,目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基础理论研究,并发展出了以精馏为基础的许多新型复合传质分离技术。随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展和兴起,使得精馏分离过程的大处

6、理量、连续化操作优势得以充分发挥,但是作为高能耗的分离过程,在大型工业化生产过程中无法避免地遇到产品的高纯度与高能耗的矛盾。所以在产品达到高纯分离的同时又能减低能耗就成为精馏学科和工程研究开发的主要目标。精馏分离技术较早已经成功应用于实际工业生产,精馏学科的发展也具有相当的基础。精馏传质分离过程具有极高的复杂性,它涉及塔板(或填料表面)上气液两相流动的相互影响、气泡表面流型结构的转化、穿越气液界面的质量和热量传递之间的相互耦合[6-7]、气泡的聚并和分裂与塔板流动、气泡表面流型的变化以及界面传质和传热等的密切关联等,但是,至今关于气液两相界面相变传质和传

7、热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观的和热力学平衡水平上的研究,尚未发展出能够比较准确表示过程传递的理论预测方法。所以从总体上看精馏目前仍然处于半经验阶段[8]。62.2.2精馏塔设计的发展现状精馏塔设计通常根据生产任务来确定塔型、产品纯度或回收率以及回流比。能否实现精馏系统的优化设计，最关键问题即为回流比参数的选择。传统方法根据经验在适宜范围内选取回流比参数(操作回流比为最小回流比的1.1—2倍)[9]。近些年来，由于考虑回流比R与能耗的关系[10]，回流比R的取值趋向小一些即回流比R=(1.1-1.15)Rmin。现阶段已开发出了最优化设计的软件，它是

8、以建立以年总费用(J，适用于连续精馏)或年总利润(G，适用于间歇精馏)为目标函数