以反应精馏为主体的反应/分离集成系统综合策略的研究

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该文通过分析现有反应精馏设计方法的局限性,从反应精馏的初步设计出发,利用剩余曲线、操作线等概念,运用可得区法与稳态分析法两种方法,详细研究了反应/集成系统与传统的反应、分离流程在热力学与动力学方面的区别、如何运用可得区法判断实际流程采用集成方式的可行性,以及采用静态分别、如何运用可得区法判断实际流程采用集成方式的可行性,以及采用静态分析法生成并筛选过程流程结构等问题,提出了以反应精馏为主体的反应/分离集成系统初步设计的过程综合策略.(1)若研究体系为连串反应、可逆反应和产物对反应有抑制作用的生物反应过程,尤其是放热量较大的反应,则可以初步考虑采用反应/分离集成系统.(2)分析体系操作条件,若反应和分离体系具有相近的操作温度和压力,则可直接采用集成方式.若操作压力不同,建议分段控制;若各组分沸点相差较大,则可采用反应气提方式.(3)利用作者给出的模型方程及可得区法,构建反应/分离集成体系的可得区,据此判断可行性,进而确定流程结构的基本要求.若反应为A-B形式,且反应为一级动力学,则当反应物的正向反应速率常数与分离常数之比(即无因次参数Φ)大于5时确定其可行.(4)采用稳态分析法对整个进料区域分区,产生详细的流程方案,并在满足流程结构基本要求的基础上,筛选合理的流程结构.(5)结合体系具体任务,给出约束条件,对流程结构进行数学模拟与优化,求得对应一定经济目标的最适宜流程和设计参数.(6)对于热效应显著的放热反应,如果以降低能耗为主要目标,其反应/分离集成结构可采用混合整数非线性规划等优化技术加以确定.通过对两个工业实例的研究分析结果表明,该文提出孤以反应精馏为主体的反应/分离集成系统综合策略,具有较好的适用性和可操作性.
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