一种蒸汽再压缩Kaibel隔离壁精馏塔的综合与设计策略
蒸汽再压缩式热泵(vapor recompression heat pump,VRHP)和隔离壁精馏塔(dividing-wall distillation column,DWDC)均是应用前景十分广阔的精馏节能技术，二者的结合已引起众多学者的研究兴趣。迄今为止，关于蒸汽再压缩隔离壁精馏塔(vapor recompression heat pump assisted dividing-wall distillation column,VRHP-DWDC)的研究不胜枚举，研究发现用不同隔板位置下的VRHP-DWDC来分离不同组分占优的混合物均能够提高能源利用效率，带来经济效益，改善稳态性能。然而，Kaibel隔离壁精馏塔(Kaibel dividing-wall distillation column,KDWDC)与 DWDC 相比有着更多的分离段，其与VRHP繁多的结合方式不仅会增加系统模型化与优化计算的繁琐性，而且会严重影响KDWDC过程翻新的效果，并最终阻碍蒸汽再压缩 Kaibel 隔离壁精馏塔(vapor recompression heat pump assisted Kaibel dividing-wall distillation column,VRHP-KDWDC)的开发与应用。 依据KDWDC分离理想四元混合物系的热力学特性，本文提出一种按照可利用热源温度递减顺序开发VRHP-KDWDC的综合与设计策略，并给出相应的开发程序，即首先利用KDWDC第二中间产品处的高温热源充分探索VRHP-KDWDC拓扑结构的经济可行性，然后在其基础上利用KDWDC公共精馏段处的低温热源再探索强化过程中拓扑结构的经济可行性并最终得到VRHP-KDWDC最优拓扑结构。此种设计策略允许以一种低复杂性和计算强度的方式最大化VRHP-KDWDC的稳态经济性能。 在两种四元宽沸点混合物系中是否存在组分占优的情况下，通过比较KDWDC和VRHP-KDWDC拓扑结构的稳态经济性能对上述设计策略的有效性进行验证。以年总成本作为优化程序的目标函数。根据优化结果可以得出:无论进料混合物中是否存在组分占优的情况，采用所提出的综合与设计策略均能够快速且高效地确定VRHP-KDWDC的最优拓扑结构。与KDWDC相比，四个实例的VRHP-KDWDC最终拓扑结构均具有最佳的经济效益，其年总成本分别降低了 10.47％、11.02％、12.26％和7.91％。通过比较这些模拟结果可以证实提出VRHP-KDWDC综合与设计策略的合理性及其开发程序的有效性。
隔离壁精馏塔;蒸汽再压缩;过程强化;优化设计
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
黄克谨
2023
中文
TQ051.81;TQ050.2
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）