论文部分内容阅读
反应蒸馏是一种非常有效的过程强化技术,所谓反应蒸馏就是将反应操作与分离操作融合在同一个装置中。一方面,很大程度上减少了工艺流程中固定的设备投资费用。另一方面,提高了反应物的转化率以及很大程度上抑制了中间物的产生。正因为反应蒸馏有如此众多的优点,才促使它有机会成为过程强化中值得人们重视的一个研究方向。隔离壁蒸馏塔采用将一块垂直的隔板添加在普通的蒸馏塔中间,将其分成隔板上边的公共精馏段、隔板下边的公共提馏段、隔板左边的进料段以及隔板右边的中间采出段共四个部分。从本质上来看,它实际是一个结构比较特殊的完全热耦合蒸馏塔,相当于将完全热耦合蒸馏塔的主副塔放置在了一个塔中。如果忽略隔板的传热效果,在热力学上可以将两者进行等价,由于这只是理想状态下的假说,在实际中,这两者不可以绝对等价。在研究中我们发现,适当对隔壁塔进行热量耦合可以将反应放出的热量回收利用,因而可以降低整个系统的能耗。综合反应蒸馏塔与隔离壁蒸馏塔的众多优点,如果将两者结合到一起,会进一步提高节能效果。本文提出一种单环流反应隔离壁蒸馏塔结构(RDWC-SER),隔离壁能够避免产物过多地从侧线采出,单环流将未反应物引回反应段继续参与反应。基于合成乙酸甲酯的酯化反应,以年总投资(TAC)为目标函数对RDWC-SER的公共精馏段塔板数、公共提馏段塔板数、反应段塔板数、预分馏塔精馏段塔板数、预分馏塔提馏段塔板数、HAc的进料位置、MeOH的进料位置、环流进料位置、环流采出位置、环流流量、气相分离比以及液相分离比等进行优化,得到RDWC-SER的最优结构,并且与外部环流反应蒸馏塔进行对比。此外基于RDWC-SER的稳态结构,对其采用了双温度控制策略,研究在进料流量扰动以及进料组分扰动下的动态特性。研究结果表明,相比于外部环流反应蒸馏塔,RDWC-SER在TAC上减少了 7.86%,说明RDWC-SER具有更好的节能效果,体现出了反应蒸馏塔与隔离壁蒸馏塔的累加优势。对于RDWC-SER结构,双温度控制策略具有很好的控制效果。其中,对进料流量增大10%扰动的控制效果优于对进料流量减小10%扰动的控制效果;对MeOH组分扰动的控制效果优于对HAc组分扰动的控制效果。