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内部热耦合对反应蒸馏塔动态特性的影响

作　者: 邵欢
导　师: 黄克谨
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 关键字反应蒸馏塔内部热耦合过程设计过程动态过程操作正耦合逆耦合
分类号: TQ053.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

反应蒸馏塔将反应过程和蒸馏过程结合在一起，在减少设备投资的同时有效提高系统热力学效率、降低系统能耗。因其巨大的节能优势，近年来逐渐引起人们的广泛关注。对于反应蒸馏塔系统而言，将反应段严格地置于精馏段与提馏段之间往往并非最优设计方案，因为此时反应操作与分离操作间的内部耦合潜能并没有得到充分挖掘。为便于研究，基于反应热与汽化潜热的比率，本课题组将反应蒸馏塔分为强热效应型、中等热效应型、无热效应型三类。对于强热效应反应蒸馏塔来说，反应段向精馏段/提馏段叠加、调整进料位置以及反应段内催化剂再分布三项策略可实现反应操作与分离操作间的内部热耦合。合理地综合运用以上策略能够有效提高反应蒸馏塔的热力学效率，同时改善其动态可控性。然而，有关单独每项内部热耦合策略对于反应蒸馏系统动态特性的影响还没有进行系统的研究。本文以理想型强放热反应蒸馏塔和醋酸甲酯反应蒸馏塔为例研究了单独每项内部热耦合策略对强放热反应蒸馏系统动态特性及可控性的影响。精馏操作是一个放热过程，提馏操作是一个吸热过程。因此，对于强放热反应蒸馏塔来说，反应操作与提馏操作间的热耦合有利于系统节能，称之为正耦合作用。而反应操作与精馏操作间的热耦合则会给系统热负荷增加负担，称之为逆耦合作用。研究结果表明，对于反应段向提馏段叠加、上移下进料位置以及反应段内催化剂再分布三项正耦合措施，提馏段补充适量分离塔板后，系统的热力学效率及动态操作特性均得到改善。对于理想型反应蒸馏塔，下移上进料位置加强反应操作与提馏操作间正耦合作用的同时引入反应操作与精馏操作间的逆耦合作用，尽管正耦合作用较强，提高了系统的热力学效率，但引入的逆耦合作用严重影响系统动态操作特性。为改善系统动态特性，该逆耦合作用应该回避掉并用正耦合代替。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
符号说明  15-17
第一章绪论  17-21
  1.1 研究背景  17-18
  1.2 研究动机和目的  18-19
  1.3 主要研究内容  19-21
第二章反应蒸馏研究现状  21-27
  2.1 反应蒸馏的发展历史  21-22
  2.2 反应蒸馏的工业应用  22
  2.3 反应蒸馏系统的建模  22-24
    2.3.1 平衡级(EQ)模型  23
    2.3.2 非平衡级(NEQ)模型  23-24
  2.4 反应蒸馏塔的过程设计  24-25
  2.5 反应蒸馏塔的控制  25-26
  2.6 小结  26-27
第三章反应蒸馏塔过程强化策略  27-37
  3.1 反应蒸馏塔的分类  27-28
  3.2 物质耦合和能量耦合  28-29
  3.3 反应蒸馏塔过程强化的基本方法  29-30
  3.4 反应蒸馏塔的综合与设计方法  30-32
    3.4.1 强热效应反应蒸馏塔  30-31
    3.4.2 中强热效应反应蒸馏塔  31
    3.4.3 无热效应反应蒸馏塔  31-32
  3.5 正、逆耦合作用描述  32-35
  3.6 小结  35-37
第四章理想强放热反应蒸馏塔A+B C+D  37-59
  4.1 过程描述  37-38
  4.2 内部热耦合对系统稳态特性的影响  38-44
    4.2.1 稳态模型描述  38-40
    4.2.2 稳态实验结果  40
    4.2.3 内部热耦合对理想强放热反应蒸馏塔的稳态效果  40-44
  4.3 内部热耦合对理想反应蒸馏塔的动态效果  44-57
    4.3.1 动态模型描述  44-48
    4.3.2 反应段向提馏段叠加对理想反应蒸馏塔动态特性的影响  48
    4.3.3 上移下进料位置对理想反应蒸馏塔动态特性的影响  48-52
    4.3.4 下移上进料位置对理想反应蒸馏塔动态特性的影响  52-55
    4.3.5 催化剂再分布对理想反应蒸馏塔动态特性的影响  55-57
  4.4 小结  57-59
第五章醋酸甲酯合成实际反应蒸馏塔  59-71
  5.1 醋酸甲酯反应蒸馏塔过程描述  59
  5.2 内部热耦合对MeAc反应蒸馏塔稳态特性的影响  59-64
    5.2.1 MeAc反应蒸馏塔静态模型描述  59-60
    5.2.2 MeAc反应蒸馏塔稳态实验结果  60-62
    5.2.3 内部热耦合对MeAc反应蒸馏塔的静态效果  62-64
  5.3 内部热耦合对MeAc反应蒸馏塔动态特性的影响  64-69
    5.3.1 MeAc控制方案介绍  64-65
    5.3.2 反应段向提馏段叠加对MeAc反应蒸馏塔动态特性的影响  65-66
    5.3.3 上移下进料位置对MeAc反应蒸馏塔动态特性的影响  66-68
    5.3.4 反应段内催化剂再分布对MeAc反应蒸馏塔动态特性的影响  68-69
  5.4 小结  69-71
第六章结论与展望  71-73
  6.1 结论  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
研究成果及发表的学术论文  78-79
导师与作者简介  79-80
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  80-81

内部热耦合对反应蒸馏塔动态特性的影响

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