基于跨壁傳熱過程的隔壁塔節(jié)能優(yōu)化研究.pdf

1、隔壁塔是解決石油、化工領域中精餾系統(tǒng)能耗高、熱力學效率低等問題的極具潛力的設備，研究表明相比于常規(guī)精餾序列，隔壁塔可節(jié)約能耗10％-60%，節(jié)省設備投資10%-50%，隔壁塔具有極大的研究價值和工業(yè)應用前景。隔壁塔的特征結構是在精餾塔內(nèi)放置一豎直隔板，隔板將精餾塔分成預分餾塔和主塔，預分餾塔起到初級分離混合物的作用，主塔起到進一步分離預分餾塔塔頂物流和塔釜物流的作用。預分餾塔與主塔間的內(nèi)部耦合流股使得隔壁塔在一個塔殼內(nèi)實現(xiàn)了通常需要常規(guī)

2、精餾序列才能完成的分離任務，避免返混現(xiàn)象，降低能耗與設備投資。目前，隔壁塔的理論研究和過程設計多建立在完全熱耦合精餾塔的基礎上，即忽略隔壁塔的隔板兩側傳熱過程，這使得隔壁塔的模型與實際過程存在一定偏差，給設計優(yōu)化和操作調(diào)控帶來困難。
　　本文將具有不同隔板兩側傳熱過程的隔壁塔模型作為研究對象，利用模擬和實驗手段建立、驗證并修正模型，分析隔板兩側傳熱過程的熱耦合效應、傳熱優(yōu)化過程的算法與節(jié)能機理，旨在通過研究來提高隔壁塔的仿真設計準

3、確度，進一步挖掘隔壁塔的節(jié)能潛力，擴大工業(yè)應用，本文的主要內(nèi)容如下：
　　首先，研究了隔壁塔建模前的初步設計方法，用于隔壁塔參數(shù)的初值估算，包括利用Underwood-Fenske-Gilliland聯(lián)合方程法進行的隔壁塔簡捷計算設計，以及以此為基礎進行的隔壁塔嚴格模擬設計，得到嚴格模擬的簡化優(yōu)化方程。
　　其次，在隔壁塔初步設計結果的基礎上，利用化工模擬軟件Aspen Plus和實驗數(shù)據(jù)建立、驗證并修正跨壁絕熱隔壁塔模型和

4、跨壁完全傳熱隔壁塔模型，分別考察多因素交互作用對模型的影響，研究發(fā)現(xiàn)：相比于隔板兩側絕熱過程，傳熱過程使得變量間的交互作用程度降低，能耗上升，隔板兩側傳熱過程對隔壁塔存在影響；以最佳操作區(qū)域作為限制約束條件，分析并篩選適合于搜索最佳工藝參數(shù)的模型-優(yōu)化算法組合，研究發(fā)現(xiàn)：采用響應面模型-偏導尋優(yōu)法組合（RSM-PD）和克里金模型-多島遺傳算法組合（Kriging-MIGA）搜索所得的最佳工藝條件作為模擬輸入條件得到的測溫點溫度和能耗的模

5、擬值與其作為實驗條件測得的實驗值均具有良好的吻合度， RSM-PD和Kriging-MIGA對跨壁絕熱隔壁塔模型和跨壁完全傳熱隔壁塔模型的尋優(yōu)均具有適應性。
　　之后，在跨壁絕熱和跨壁完全傳熱隔壁塔模型的基礎上，研究了隔板兩側的熱耦合效應、最佳傳熱位置的分析方法、傳熱量算法以及傳熱優(yōu)化過程的節(jié)能機理，分析隔板兩側不同傳熱過程對有效能損失、能耗和最佳操作區(qū)域的影響，研究發(fā)現(xiàn)：隔板兩側傳熱優(yōu)化過程可使隔壁塔的有效能損失和能耗下降、最佳

6、操作區(qū)域擴大，氣、液分配比在一定范圍內(nèi)的波動對實現(xiàn)隔壁塔最低能耗的影響程度降低，隔板兩側傳熱優(yōu)化過程的節(jié)能機理為隔壁塔再節(jié)能提供一種改造隔板材料以及量化擴大有益?zhèn)鳠釁^(qū)域面積的設計方向。
　　最后，以一工業(yè)多元醇水混合物水-乙醇-正丙醇-異丁醇為分離物系，建立并研究新型分離方法：鹽析萃取結合隔壁塔共沸精餾工藝，研究隔板兩側傳熱優(yōu)化過程的節(jié)能機理對工藝流程中隔壁塔種類的篩選機制，關聯(lián)鹽析萃取階段的最佳工藝參數(shù)與后續(xù)共沸精餾隔壁塔的種類