操作压力对于反应蒸馏塔动态特性与可控性的影响

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反应蒸馏塔将传统化工过程中反应与分离单元合并在一个装置内,使原本分别在反应器与蒸馏塔中进行的操作整合在一个塔中进行,此种做法在大幅度降低设备投资成本的同时能够有效提高系统热力学效率,达到节能的目的。因此如何充分挖掘其节能潜能是反应蒸馏塔研究工作中的主要内容。无论传统的常规蒸馏塔还是反应蒸馏塔,操作压力都是一个关键的设计参数,选择正确合理的操作压力对于过程安全以及生产效率都有着重要的意义。对于常规蒸馏塔来说,操作压力通常仅由给定冷/热源的温度水平所决定(为了同时保证冷凝器与再沸器有足够大的传热推动力)。而对于反应蒸馏塔来说,以上的做法就显得不太合理,这是由于在反应蒸馏塔中既要保证反应与分离操作同时处于一个合理的温度区域,还要考虑二者之间复杂的相互关系,因此在设计之初需要继续调整操作压力直至找到最优值来使反应蒸馏塔的热效率最大化。在此之前的研究中,关于操作压力对于反应蒸馏塔的影响被长时间忽略,本文分别以含有放热且动力学控制反应的理想型四元反应蒸馏塔以及乙酸甲酯和MTBE合成的两个实际反应蒸馏塔为研究对象,研究了操作压力对于含有放热且动力学控制的这一类反应蒸馏塔的动态特性与可控性的影响。研究结果表明:操作压力对于这一类反应蒸馏塔动态特性与可控性的影响不是一个单调的关系,而是一个折衷的效果,可以划分成两个区域。在左侧区域操作压力的增加有益于动态特性及可控性,而在右侧区域则恰好相反。导致这一现象的主要原因在于操作压力对反应速率与化学反应平衡常数二者的影响。因此,为了充分挖掘反应蒸馏体系的潜能,在对这一类反应蒸馏塔的强化设计过程中,必须对操作压力进行慎重地选择,以使得反应蒸馏塔既具有较高的热力学效率,又能呈现出良好的动态特性及可控性。
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