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动态累积间歇精馏操作与模拟计算的研究

作　者: 骆淑莉
导　师: 白鹏
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 间歇精馏 动态累积循环操作 温控自动切换 时间脉冲控制 无回流充液过程 模拟计算
分类号: TQ028
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


动态累积循环操作是近年来开发的间歇精馏新型操作方法之一。这种操作方法是由全回流浓缩、出料、无回流充液三个步骤构成,反复循环直至操作结束。同传统的间歇精馏操作方法相比,动态累积循环操作具有控制简便、分离效率高等突出的优点。虽然该操作方法早在20世纪60年代就已经被提出,但目前的研究基本集中在操作方法优化的理论研究上,而缺少对其自动控制和工业化装置的实验研究。特别是传统精馏理论无法涉及的塔内无回流充液阶段的浓度变化问题一直没有得到很好解决,导致了以往动态累积循环操作法的数学模型和模拟计算只能以与塔内真实状况相差很大的简化假设为基础,这严重地阻碍着动态累积循环操作法的进一步发展。本文建立了动态累积循环操作自动控制实验装置,研究了该实验装置的流体力学特性,提出了用两个较小的累积罐进行交替切换的操作方法,在采出产品阶段,通过温度控制累积罐之间的切换,在过渡馏分采出阶段,采用时间脉冲控制过渡馏分的采出。实验也研究了投料浓度、投料体积的变化对实验过程的影响。本文以异丙醇-正丙醇为实验物系对该操作进行的实验研究,结果表明本文提出的操作方式是完全可行的,并使动态累积间歇精馏操作更加紧凑连贯,并且各组分的采出也非常容易实现自动控制。另外本文还对动态累积循环操作的无回流阶段进行了实验研究,分析了不同相对挥发度、不同进料浓度对无回流阶段塔顶浓度的影响。最后本文建立了动态累积循环操作全过程的数学模型,并求解了模型方程。本文模型与文献模型的主要区别在于针对无回流充液阶段,前者考虑了流体力学关系的变化,取消了以往恒摩尔流和恒摩尔持液的简化假设。模拟结果与实验结果的比较表明本文的数学模型能够更准确的模拟动态累积循环操作。

全文目录


第一章 文献综述  7-26
  1．1 间歇精馏概述  7-14
    1．1．1 全回流与部分回流的间歇精馏过程  8-11
    1．1．2 间歇精馏的优化操作  11-13
    1．1．3 塔内持液对间歇精馏过程的影响  13-14
  1．2 间歇精馏新型操作方法的研究进展  14-21
    1．2．1 新型结构塔  15-17
    1．2．2 动态累积循环操作  17-21
  1．3 间歇精馏的模拟技术  21-24
    1．3．1 严格模型  21-22
    1．3．2 简捷模型  22
    1．3．3 循环操作的模拟计算  22-24
  1．4 本文的研究工作  24-26
第二章 动态累积循环操作的基本理论  26-46
  2．1 动态累积循环操作方法介绍  26-27
  2．2 动态累积过程的数学模型  27-29
  2．3 最佳循环次数与累积罐容量的确定  29-36
    2．3．1 最佳循环次数与进料浓度、相对挥发度的关系  32-34
    2．3．2 理论板数与加料量对循环次数的影响  34-36
  2．4 无回流充液过程持液量的研究  36-44
    2．4．1 基本概念  37
    2．4．2 填料床层持液量的确定方法  37-40
    2．4．3 塔顶无回流阶段塔内动持液量的影响因素  40-44
  2．5 动态累积循环操作在过渡馏分段的应用  44-46
第三章 动态累积间歇精馏操作的实验研究  46-65
  3．1 动态累积循环操作温控自动切换的研究  46-56
    3．1．1 实验装置  47
    3．1．2 实验装置的流体力学测定  47-50
    3．1．3 实验过程  50-56
  3．2 过渡馏分段动态累积循环操作的实验研究  56-59
  3．3 动态累积循环操作无回流充液阶段的实验研究  59-65
    3．3．1 实验装置  60
    3．3．2 无回流充液阶段的实验步骤  60-61
    3．3．3 操作参数对无回流充液过程的影响分析  61-63
    3．3．4 无回流充液阶段几个取样口液相浓度随时间的变化曲线  63-65
第四章 动态累积循环操作过程的模拟计算  65-86
  4．1 几个函数的定义  65-67
  4．2 动态累积循环操作的数学模型  67-74
  4．3 连续微分的数学模型  74-78
  4．4 动态累积循环操作模型方程的数值解法  78-80
  4．5 选择模型数值解法的决定因素  80-82
  4．6 本文模型与文献模型比较  82
  4．7 过渡馏分量的模拟计算  82-86
第五章 结论  86-87
符号说明  87-90
参考文献  90-94
发表论文和参加科研情况说明  94-95
  发表论文  94
  参加科研情况  94-95
致谢  95

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工过程（物理过程及物理化学过程） > 分离过程
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