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精馏塔设备的设计
  • 发布日期:2020-04-08      浏览次数:216
    • DYH401特殊精馏实验装置

      DYH403 反应精馏实验装置(连续精馏)

      DYH586 管式反应器流动特性测定装置

      精馏是石油加工中使用广泛的分离单元之一,而石油化工行业又是整个化工行业中能耗最大的。由于精馏过程高能耗,热力学效率较低的特点,该过程一直是化工领域中重要的研究课题。精馏塔设计的好坏,对于能耗的节省,公用工程的节约起着至关重要的作用,因此精馏塔设计一直是化工设计中的重要环节。进入21世纪以来,随着信息技术的发展,计算机辅助精馏塔设计已经逐步取代了手工计算和设计,与之相对应的是 Aspen Plus等化工模拟软件的广泛应用,面向计算机的数值算法的开发等。精馏塔的研究热点,也由最初的精馏单独作为一个单元,逐步发展为反应与精馏相耦合的反应精馏,再逐步发展为更节能,更节省设备投资的分隔壁精馏塔 ( DWC )的研究 。 1  常规精馏塔设计 精馏塔设计是化工过程中的核心单元操作之一,是最重要的分离单元过程。近年来对于简单精馏塔设计算法的研究,主要集中于两个方面: ① 是精馏塔常用计算方法的改进与精馏过程新算法的提出 ; ② 研究如何用计算机对精馏过程进行辅助计算。 1.1  常用算法的改进与新算法的提出精馏塔的设计,就是在给定进料状况与组成,以及一定的操作条件的情况下,通过一系列的计 算,最后给出分离所需的理论板。常用的精馏塔设计方法包括图解法,逐板计算法,简捷法等。此外塔板组成线法等新算法的提出,也为 精馏塔设计的算法研究打开了新的思路。数值算法 (又称数值分析)是指在数学分析问题中,对使用数学近似算法的研究。由于精馏塔设计所需的变量多,假设通常也比较多,往往不能获得一个完全精确的结果,所以使用数值算法来优化传统精馏塔设计方法,提高设计的精确度,无疑是一个良好的研究方向。近几年来,已有多篇报道围绕利用数值算法对传统精馏计算进行优化改进。吴晓艺等研究了拉格日插值法在图解法设计精馏塔中的应用。在这个研究中,研究者通过已知的平衡数据,使用MATLAB编程模拟生成气液平衡曲线并通过图解法计算,获得了理论板数和进料位置。该方法准确性高,只要有气液平衡数据即可采用,与大型模拟软件相比,使用 MATLAB编程计算运行时间短,计算效率高,具有很强的适用性。 Javaloyes - Anton等使用数值模拟方法和粒 子群算法对复杂精馏塔进行了严格设计。在该文献中,作者将粒子群算法 ( PSO )这一启发式算法引入到复杂塔的设计过程,并体现在混合整数非线性规划 ( MINLP )和 GDP当中。将 MINLP技术引入精馏塔设计,是对设计方法的一种很大的拓宽。 Castillo对已有的操作叶进行改进,将同一理论板上不同回流比或再沸比的组成点连接,取代了原来同一回流比或再沸比下不同理论板连线这一不连续的连 线 方 式,这 种 新 的 连 线 称 之 为 塔 板 组 成 线(stage composition lines ),在此基础上, Thong 和Castillo系统研究了塔板组成线设计精馏塔的方法。该方法的提出,改变了原有的精馏塔设计思路。操作叶是塔板组成线的集合,且每条塔板组成线均为连续,任意两条精馏段与提馏段塔板组成线的相交,都可成为精馏塔设计可行的一组充要条件,因此,该方法可一次性为设计者提供大量可行的精馏塔设计方案,从而避免了传统方法中多次试差的过程。金思毅等在此基础上,根据塔板组成线的定义,推导出了塔板组成线方程,并提出了塔板组成线设计精馏塔的设计策略。秦姣等据塔板组成线定义,提出了塔板差分方程的概念。与逐板计算法确定塔板组成线相比,塔板差分方程法更为方便快捷。 1.2  使用计算机对精馏过程进行辅助计算 在现代化工设计过程与优化过程中,计算机的计算早已取代了传统耗时耗力的手工计算。一些化工应用软件以其强大的数值、符号运算功能、生动的图像处理能力,代替了过去传统方式下的笔纸进行的设计操作。这些软件的广泛应用,极大地提高了设计的效率和设计质量。在化工类高等教育中,计算机辅助教学也是教学内容改革的重要组成部分。刘玉兰等给出了一种使用 Excel快速计算双组分理想物系平衡组成,泡露点以及漏液点孔速的方法,虽然该方法现实工厂实践中并没有太大的意义,但是对于高校中化工高等教育的教学中,其操作方便快捷,易于掌握,计算结果相对可靠,因此有利于提高学生的学习兴趣,节省计算时间,仍然具有一定的实用价值。田文德等探究了在使用MATLAB对精馏过程的辅助计算。这项研究的出发点 也 是 辅 助 化 工 原 理 课 程 的 教 学, 由 于MATLAB是一种直观性较强,相对容易的计算机语言,并且数学运算能力强大,因此这项研究对精馏这类的工程计算有很大的实用价值。综上所述,使用计算机对简单精馏的辅助计算,研究方向多集中在高校化学工程的教学当中。这种辅助计算,可以很好地加深对计算过程的理 解,同时熟悉使用计算机语言编程这一工程计算的手段,对 化 工 过 程 数 值 模 拟 的 学 习 也 有 一 定 的帮助。

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