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内外双降膜熔融结晶过程数值模拟

作　者: 刘安
导　师: 张敏华
学　校: 天津大学
专　业: 化学工艺
关键词: 降膜结晶数值模拟 gPROMS 精馏萘
分类号: TQ028
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 61次
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内容摘要

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。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章文献综述  8-23
  1.1 结晶分离技术  8-9
    1.1.1 结晶技术特点及分类  8
    1.1.2 熔融结晶技术  8-9
  1.2 降膜结晶技术  9-13
    1.2.1 有机物固液相平衡  9-10
    1.2.2 降膜结晶基本过程  10-11
    1.2.3 降膜结晶技术工业装置  11-13
    1.2.4 降膜结晶技术特点  13
  1.3 国内外降膜结晶技术研究发展现状  13-15
    1.3.1 实验研究工作  13-14
    1.3.2 模型化发展状况  14-15
  1.4 熔融结晶和精馏联合操作  15-20
    1.4.1 熔融技术与精馏结晶技术的比较  16
    1.4.2 结晶-精馏过程联合操作工艺  16-20
    1.4.3 结晶-精馏联合操作研究进展  20
  1.5 gPROMS过程模拟软件  20-22
    1.5.1 gPROMS功能的简介  20-21
    1.5.2 gPROMS的特点  21-22
  1.6 本文研究内容及意义  22-23
第二章内外双降膜结晶过程数学模型的建立  23-37
  2.1 降膜结晶过程  23-24
  2.2 现有数学模型的不足  24
  2.3 本研究建立数学模型思路  24-25
  2.4 物理模型及坐标系的选择  25-26
  2.5 降膜结晶分离过程数学模型  26-32
    2.5.1 通用方程  26-27
    2.5.2 各区域控制方程  27-28
    2.5.3 湍流模型  28-29
    2.5.4 液膜厚度的计算  29-30
    2.5.5 晶层区导热问题的处理  30
    2.5.6 结晶放热的处理  30-31
    2.5.7 结晶速度以及晶层厚度的计算  31-32
  2.6 初始条件和边值条件  32-36
    2.6.1 料液层方程的初、边值条件  32-34
    2.6.2 管壁区方程的初边值条件  34-35
    2.6.3 冷却水方程的初边值条件  35-36
  2.7 小结  36-37
第三章降膜结晶过程的数值模拟研究  37-48
  3.1 模拟物系相图  37-38
  3.2 计算过程  38-40
    3.2.1 计算参数的确定  38-39
    3.2.2 计算步骤  39-40
  3.3 计算结果及分析  40-46
    3.3.1 料液进口过热度ΔTL 的影响  41-42
    3.3.2 冷却介质进口过冷温度的影响  42-43
    3.3.3 结晶管直径的影响  43-45
    3.3.4 结晶管壁厚的影响  45-46
  3.4 降膜结晶过程适宜操作条件  46
  3.5 小结  46-48
第四章降膜结晶与精馏联合操作过程  48-60
  4.1 精馏过程原理  48-50
  4.2 精馏过程的建模  50-55
    4.2.1 精馏塔建模方法  50-51
    4.2.2 精馏塔的稳态模型  51-53
    4.2.3 精馏塔数学模型的求解原理  53-55
  4.3 精馏过程操作参数对产品的影响  55-57
    4.3.1 计算参数的确定  55-56
    4.3.2 回流比对精馏过程的影响  56
    4.3.3 塔板数对精馏过程的影响  56-57
  4.4 降膜结晶与精馏过程的联合操作  57-58
  4.5 小结  58-60
第五章结论  60-61
符号说明  61-64
参考文献  64-68
致谢  68

内外双降膜熔融结晶过程数值模拟

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