探析分批精馏动态累积循环操作流体力学和传质特性研究

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1、天津大学硕士学位论文分批精馏动态累积循环操作流体力学和传质特性研究姓名：张健申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王世昌;白鹏2002.1.1摘要f’，f动态累积循环操作是近年来开发的分批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。同传统分批精馏操作方法相比，动态累积循环操作具有控制简便、分离效率高的突出优点。该操作方法自20世纪60年代提出，90年代以来得到了迅速发展，但众多学者的研究基本上集中在优化操作及其与传统恒回流法的比较，而许多重要的基本理论问题至今缺乏研究，特别是传统精馏

2、理论无法涉及的塔内无回流充液阶段的流体力学和传质问题一直没有得到很好解决，导致了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。，。本文提出了以膜状流动假设为基础的动态累积循环操作流体力学模型，通过实验关联了全回流阶段的流体力学参数。预测了无回流充液过程动持液量和液体流量随时间和填料高度的变化．分析了不同的操作参数对无回流充液阶段持液量和液体流量变化的影响，结果表明无回流充液阶段持液量和液体流量受初始液体流量的影响最大，随初始液体流量的增加，其变化速率增大，而在泛

3、点以下受气体影响很小。本文建立了流体力学实验装置，对理论模型进行了实验验证，计算结果与实测结果符合很好，表明本文的流体力学模型可以用于传质过程的计算。，f本文建立了动态累积循环操作全过程的传质模型．采用松弛法求解了模型方程。l本文模型与文献模型的主要区别在于前者考虑了流体力学关系的变化，而后者则以恒摩尔流和恒摩尔持液简化假设为基础。本文模型、文献模型以及实验结果的比较表明，本文模型更接近实际情况。本文还分析了多种操作参数对模型间计算结果的影响。随着相对挥发度增加、进料浓度降低以及循环次数增加，模型计算结果之间的差别增大。本文研究了充液时间、循环

4、次数、相对挥发度、持液量、蒸汽流率等参数对无回流充液过程动态特性的影响，随着充液时间增加，塔内传质变弱，并且随着相对挥发度、理论级数以及持液量的增加，塔顶累积罐浓度增加。本文还讨论了不同进料浓度、相对挥发度和进料量下操作时间随着循环次数的变化关系，结果表明在进料浓度比较高、相对挥发度比较大以及进料量比较大的情况下，增加循环次数能够缩短操作时间，反之一次循环的操作时间最短。k7为了确定动态累积循环操作的适宜应用范围，本文比较了动态累积循环操作与优化分段恒回流比操作，讨论了进料浓度、相对挥发度、理论级数、进料量对两种操作方式的影响。l采用分离难度级

5、的概念，计算了不同分离任务下的难度级，比较了不同的分离难度级分批精馏动态累积循环操作流体力学及传质特性研究下两种操作方式的计算结果，确定了动态累积循环操作的适宜操作范围。本文的模拟结果表明，分离难度级在0．5以上时，动态累积循环操作更具优势，随着分离难度的增加，与优化恒回流比操作相比，动态累积操作总产品流量和全塔效率增加的幅度变大，最高可达50％，在分离难度级为0．3以下的极易分离场合，动态累积循环操作不如担回流比操作优越．在分离难度级为0．3一o．5的情况下，两种操作方式的差别不明显。，本文还建立了实验室动态累积分批精馏实验装置，塔顶设置双累

6、积罐，可交替使用。／改变操作参数，测定了塔顶馏出液以及塔身取样口浓度随时间的变化曲线，并将模拟结果与实验结果进行了比较，结果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。在本文选择的物系和操作条件下，动态累积循环操作与恒回流操作相比，能够明显降低操作时间，最高可达22％。l关键词：分批精馏、无回流充液u传质动态累积循环操作流体力学ABSTRACTDynamic—accumulationcyclicoperation(DACO)isoneofthenewoperatingmodesofbatchdistillation．Itinvolves

7、threeperiods：totalreflux，dumpingandfillingup．DACOhasseveraladvantagesoverconventionaloperationwjtJlhi曲efficiency,energysavingandconvenientcontrolling．Itwasproposedinthel960’sanddevelopedrapidlyinthe1990’s．However,sometheoryproblems，forexample，thefluiddynamicsandmasstransferd

8、uringthefillingupperiodwhichcouldnotbedealtwithinconventionaidistillationth