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热泵精馏流程构建策略及应用研究

作　者: 李大伟
导　师: 韩方煜
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 热泵精馏热集成流程集成节能策略
分类号: TQ028.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 372次
引　用: 2次
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内容摘要

在化工生产中精馏是应用最广泛的化工分离单元操作，也是主要的能源耗费场所。精馏塔的热集成是精馏过程节能的重要途径，而热集成中的热泵精馏更是最具有节能潜力的技术之一。因此，在精馏过程中采用热泵精馏降低能耗和成本来提高经济效益具有重要的现实意义。热泵精馏是既向塔底供热又向塔顶供冷的逆卡诺循环系统，节能的效果显著，但如何在生产中应用热泵精馏是过程集成和过程强化的难点。为此本文基于对热泵精馏原理及各种类型热泵精馏特点的分析，通过实例研究，应用将复杂问题分解为相对独立的子问题然后逐一求解的思想，提出了一个六层次策略来求解较优热泵精馏流程，并对每一层次分别求解，使构建较优热泵精馏流程的复杂性得到较好的解决。通过分析常规和热泵精馏系统的热力学特性，建立了热泵精馏流程数学模型及优化设计方法，针对不同的热泵精馏流程结构采用不同的优化设计方法以获得最大的经济效益；为验证热泵精馏流程的可行性提供有利依据，建立了用于确定热泵精馏热集成方案的经济评价标准；将策略与优化设计算法相结合应用于热泵精馏流程，以实现构建较优热泵精馏流程。根据提出的构建热泵精馏的策略和规则，以粗苯乙烯精馏塔和乙苯回收塔为例，进行了热泵精馏流程的构建及模拟与优化设计。结果表明：粗苯乙烯塔应采用A型开式热泵精馏流程，采用此热泵精馏流程一次性投资增加577.5万元，但可节约能耗83.74％，总经济效益每年可增加1607.8万元；乙苯回收精馏塔的塔底与塔顶温差(41.7℃)较大，不适合应用热泵精馏流程，采用热泵精馏流程后不具备好的经济效益。结果验证了本文所提出的策略及建立的优化设计算法，能够产生较优的热泵精馏流程。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
符号说明  9-13
前言  13-15
1 文献综述  15-26
  1.1 过程系统集成研究  15-19
    1.1.1 过程集成的基本含义  15-16
    1.1.2 过程集成技术的国内外研究动态  16
    1.1.3 过程集成的方法  16-19
  1.2 具有热集成的精馏流程综合的研究  19-23
    1.2.1 热集成含义  19-20
    1.2.2 热集成精馏流程的方法  20
    1.2.3 热集成精馏流程的解决策略  20-23
    1.2.4 精馏流程的合成步骤  23
  1.3 热泵精馏的研究进展  23-25
    1.3.1 热泵精馏的国内外进展  23-24
    1.3.2 热泵精馏存在的问题及发展方向  24-25
  1.4 本文的主要研究内容  25-26
2 热泵精馏流程  26-35
  2.1 热泵精馏流程的原理  26
  2.2 蒸汽压缩机式热泵精馏  26-31
    2.2.1 热泵精馏的蒸汽压缩过程分析  26-27
    2.2.2 蒸汽压缩式热泵精馏流程的类型  27-31
    2.2.3 蒸汽压缩式热泵精馏应用场合  31
  2.3 蒸汽喷射式热泵精馏  31-32
  2.4 吸收式热泵精馏  32-34
  2.5 本章小结  34-35
3 热泵精馏流程的构建策略  35-45
  3.1 问题描述  35
  3.2 热泵精馏流程的构建策略  35-36
  3.3 热泵精馏流程的适用性规则  36-39
  3.4 确定热泵精馏流程的适用性  39-40
  3.5 热泵精馏流程的选型规则  40-41
    3.5.1 热泵精馏流程的选型规则  40
    3.5.2 热泵精馏流程选型的步骤  40-41
  3.6 热泵精馏工质的选择规则  41-43
    3.6.1 一般工质的选择规则  41-42
    3.6.2 理想的热泵工质的选择规则  42-43
    3.6.3 热泵精馏工质选择的特殊性  43
  3.7 构建较优热泵精馏流程步骤  43-44
  3.8 本章小结  44-45
4 热泵精馏流程的优化计算  45-60
  4.1 热泵精馏系统的基本问题  45-50
    4.1.1 热泵精馏系统的热力学特性  45-48
    4.1.2 热泵系统的关键设备  48-50
  4.2 数学模型  50-56
    4.2.1 物料衡算  51
    4.2.2 热泵出口压力(压缩比)的确定  51-52
    4.2.3 热泵的出口温度和压缩功的计算  52-53
    4.2.4 换热器热负荷和进出口温度的计算  53
    4.2.5 工质经节流阀后温度及压力的确定  53-54
    4.2.6 能量体消耗及有效能的计算  54-56
    4.2.7 压缩机入口压力的确定  56
  4.3 优化设计  56-59
    4.3.1 优化设计过程的主要步骤  57
    4.3.2 优化设计变量及优化目标  57-59
  4.4 经济评价  59
  4.5 本章小结  59-60
5 应用研究  60-79
  5.1 粗苯乙烯塔热泵精馏研究  60-71
    5.1.1 策略分析  60-61
    5.1.2 流程模拟  61-65
    5.1.3 流程优化设计  65-69
    5.1.4 经济技术分析  69-71
  5.2 乙苯回收塔热泵精馏研究  71-77
    5.2.1 策略分析  71-72
    5.2.2 流程模拟  72-74
    5.2.3 流程模拟优化  74-75
    5.2.4 经济技术分析  75-77
  5.3 本章小结  77-79
结论  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间的学术论文目录  84-85

热泵精馏流程构建策略及应用研究

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