化学工程师论文提纲

论文题目：二元非理想共沸物系精馏方案选择研究

摘要：基于某特定二元非理想共沸物系及分离要求,要从常规变压精馏CPSD、多效变压精馏MEPSD、热泵变压精馏HPPSD、常规萃取精馏CED、多效萃取精馏MEED、热泵萃取精馏HPED这6种精馏方案中选出最优的方案,对一个化学工程师来说是十分困难的。本文的目的就是开发一种简捷方法,以辅助化学工程师做出快速决策。为此,本文首先分析这六种精馏方案的用能特征,并基于一般性假设推导出只凭产品规格、塔顶气相摩尔蒸发焓以及相平衡曲线等参数就能快速估计其分离能耗的方法;然后,提出“相平衡面积”的概念,以代替理想二元物系相对挥发度,较直观地表征非理想二元共沸物系的分离难度和能耗,通过对甲醇-丙酮、异丙醇-异丙醚、苯-环己烷三种二元非理想共沸物系的六种精馏方案进行分析,发现在同一类精馏塔型中,相平衡面积与能耗、年度总费用之间呈特定函数关系,从而为相平衡面积辅助能耗决策提供帮助;接下来,发展了相平衡面积辅助快速计算六种精馏方案能耗以及年度总费用的方法,具体是:1)查得共沸物系组分的安托因系数和平衡相图,计算其共沸点、相平衡面积和泡点温度;2)确定MEPSD和MEED高压塔压力;3)根据相平衡面积以及相平衡面积-年度总费用的拟合公式,计算CPSD和CED的年度总费用;4)查得各塔顶气相的热泵压缩COP、摩尔蒸发焓变化率;5)结合能耗简捷算法和相平衡面积-能耗的拟合公式,计算CPSD和CED能耗以及年度总费用,并分别判断热泵方案和多效方案的经济效益;6)对比六种精馏方案的年度总费用,选出最优精馏方案。将本文开发的方法应用于异丙醇-环己烷二元共沸物系,计算表明MEPSD的年度总费用最小,选为最优方案;应用于乙酸甲酯-甲醇二元共沸物系,计算表明MEPSD的年度总费用最小,选为最优方案。它们与ASPEN PLUS的计算结果一致,说明本文所提出方法是可行的。

关键词：精馏方案选择;相平衡面积;共沸物分离;简捷计算;年度总费用

学科专业：能源化学工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 新型精馏工艺研究进展

1.2.1 热泵精馏

1.2.2 多效精馏

1.2.3 内部能量集成精馏

1.2.4 隔壁塔

1.3 快速选择精馏工艺研究进展

1.4 共沸体系分离研究进展

1.4.1 变压精馏

1.4.2 萃取精馏

1.4.3 共沸精馏

1.5 本文研究内容及创新点

第二章 精馏模型及精馏系统年度总费用计算

2.1 相平衡方程

2.2 泡露点温度计算

2.3 共沸点

2.4 精馏模型

2.5 精馏系统年度总费用计算

2.5.1 操作费用

2.5.2 投资

2.5.3 年度总费用

2.6 本章小结

第三章 六种二元非理想共沸物系精馏方案简捷能耗计算方法

3.1 六种精馏工艺及用能特点

3.1.1 常规变压精馏

3.1.2 多效变压精馏

3.1.3 热泵变压精馏

3.1.4 常规萃取精馏

3.1.5 多效萃取精馏

3.1.6 热泵萃取精馏

3.1.7 六种精馏方案对比

3.2 精馏过程能耗简捷算法

3.2.1 常规变压精馏

3.2.2 多效变压精馏

3.2.3 热泵变压精馏

3.2.4 常规萃取精馏

3.2.5 多效萃取精馏

3.2.6 热泵萃取精馏

3.3 本章小结

第四章 二元非理想共沸物系精馏方案选择方法

4.1 相平衡面积

4.2 CPSD方案高压塔的压力选择

4.2.1 压力敏感物系

4.2.2 压力非敏感物系

4.3 二元非理想共沸物系精馏能耗、相平衡面积及TAC计算实例

4.3.1 甲醇-丙酮物系

4.3.2 异丙醇-异丙醚物系

4.3.3 苯-环己烷物系

4.4 热泵精馏和多效精馏的经济性分析

4.4.1 热泵精馏的经济性分析

4.4.2 多效精馏的经济性分析

4.5 二元非理想共沸物系精馏方案简捷选择方法

4.5.1 再沸负荷与相平衡面积之间的关系

4.5.2 年度总费用与相平衡面积之间的关系

4.5.3 二元非理想共沸物系精馏方案选择方法

4.6 本章小结

第五章 案例研究

5.1 异丙醇-环己烷

5.2 乙酸甲酯-甲醇

5.3 本章小结

结论与建议

参考文献

致谢

附件