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《华南理工大学》 2017年
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中间热泵耦合的近沸点物系塔底闪蒸热泵精馏流程及建模研究

欧春松  
【摘要】:近沸点物系的分离广泛存在于过程工业。但因其相对挥发度小,普遍存在能耗高、投资大的问题,较为有效的改进方案是热泵精馏,亦利用被分离组分沸点接近,塔底、塔顶温差较小的特点,通过热泵升级塔顶气体,让其原本需被冷公用工程取走的液化潜热转移到塔底做再沸热源。其中,塔底闪蒸热泵精馏流程BFVRC较为有效。本文契热力学分析发现,尽管BFVRC流程较常规精馏流程CDiC有很好的节能效果,但因为直接将温位最低的塔顶热量升级做温位最高的塔底热源,升温幅度大,故压缩热泵的热功比(COP)低,于是提出了中间热泵耦合的近沸点物系塔底闪蒸热泵精馏流程SHP-BFVRC(辅助还提出了带中间冷凝器的塔底双闪蒸热泵精馏流程IC-BFVRC,和带中间再沸器及中间热泵的塔底闪蒸热泵精馏流程IR-BFVRC),该流程通过升级精馏段中部的过剩热供应提馏段中部,因而降低了热量升级幅度,提高了系统的可逆度,比BFVRC具有更好的热力学性能。接下来,基于普适理论板模型,建立了包括精馏塔、压缩机、节流阀、换热器在内的模块化的中间热泵耦合的近沸点物系塔底闪蒸热泵精馏过程全流程机理模型,模型基于SRK热力学状态方程,用泡露点法计算热力学参数、用三角矩阵法求解物料平衡、用焓平衡方程计算塔板气液相负荷和中间换热器负荷、用序贯模块法求解,丙烯-丙烷物系应用表明,计算结果与Aspen plus模拟结果一致,说明模型是正确和有效的。最后,基于遗传算法,实现了以年度化总费用最小为目标函数的新流程五变量优化设计(五变量分别是中间热泵布置、塔顶压力、进料板位置、中间换热器布置、中间换热器热负荷)。20×104吨/年气体分离装置丙烯-丙烷分离过程案例应用表明,优化方法是可行和实际有效的。其中中间热泵耦合的近沸点物系塔底闪蒸热泵精馏流程SHP-BFVRC年度化总费用TAC比BFVRC低8.6%、系统(火用)损低9.1%。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ028.31

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