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基于拟二元反应精馏设计方法的研究

单廷亮  
【摘要】: 反应精馏是指将化学反应与精馏分离耦合于同一个塔体的操作过程。同传统的先反应后分离的工艺比较,反应精馏具有能耗低、转化率高、投资成本低等优点,从而成为目前化学工程领域研究的热点问题之一。然而,正是由于反应和分离的强耦合作用,反应精馏的设计问题非常复杂,目前仍未得到很好的解决。本文基于回流比与理论板数对反应分离效果的影响特点,提出了一种基于拟二元的反应精馏新的设计方法。 1、对反应精馏过程中回流比和理论板数对产品纯度的影响规律进行了研究。在假设化学反应和汽液相均达到平衡的基础上,依据Gibbs自由能最小原理,应用Aspen模拟软件分别对三个典型的物系进行了模拟分析。计算发现,在固定回流比改变理论板数(或固定理论板数改变回流比)的情况下,存在一个使产品组成最高的最佳理论板数(或回流比)。这个特征与普通精馏有所不同,揭示了反应精馏过程的耦合特性。 2、针对多组分反应精馏体系难以应用图解设计法的缺点,提出一种基于拟二元法的反应精馏图解设计法。把待研究体系的多个组分按照挥发度高低划分为拟重和拟轻两个组分,通过求解体系的汽液平衡数据,可采用拟二元方法进行反应精馏塔的图解设计计算。应用本文方法可以进行多于四组分体系的设计计算,从而发展了反应精馏的图解设计方法。 3、基于建立的拟二元法,提出一种新的反应精馏塔的设计法。利用反应精馏过程中回流比与理论板数对产品组成的影响特点,建立了以产品组成最大为目标函数,以回流比和进料板上拟轻组分组成(相当于理论板数)为决策变量的反应精馏塔设计法。同文献方法比较,本文方法只含有两个决策变量,具有模型简单,使用方便的优点。 4、为了实现该设计法的自动运行,本论文把界面集成的软件集成技术应用于反应精馏塔优化设计的方法中。通过分析Windows的运行机制,并结合本论文使用的软件特点,应用Shell函数和SendKeys语句,利用基于Windows消息管理机制的界面集成技术,实现了Visual Basic软件和Aspen Plus软件的集成。 应用本文方法对合成MTBE,DEC和石蜡歧化反应的三个体系进行了实例研究,并与文献结果作了对比。结果表明,本文设计结果同文献结果吻合很好,且具有适应性强,使用简单等优点,可用于反应精馏过程的概念设计。


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