间壁塔集成数学模型及其应用的研究

Dividing wall column is an emerging new equipment in distillation process and has the advantages of small investment and energy saving. Due to complex internal structure, simplified model has ill-posed in simulation process especially in dynamic simulation. Therefore, this project proposes and builds an integrated mathematical model for dividing wall column based on the characteristics of mechanistic model. Heat transfer both sides of dividing wall is considered in this model. Analysis on dividing wall column topology structure, a solution of dividing wall column model will be proposed. A general calculation module will be programmed. That an energy saving evaluation for dividing wall column will be established lay a theoretical foundation for industrial application of dividing wall column.

间壁塔是精馏过程中一种新兴的分离设备，具有设备投资小、节能效果明显等优势。由于间壁塔内部结构复杂，简化模型在模拟计算过程中，特别是在动态模拟中具有不适定性。因此，本项目考虑了隔板两侧传热对分离过程的影响，依据机理模型的建模准则，提出并建立间壁塔集成数学模型；通过对间壁塔拓扑结构的分析，提出模型求解策略，编写间壁塔通用程序计算模块。建立间壁塔节能评价一般性准则，为间壁塔工业化应用奠定理论基础。

精馏过程是化工过程中最重要的单元过程，过程虽然应用广泛，但其耗能巨大，精馏操作耗资占工厂运行投资的50%以上。因此，探索节能有效的精馏操作方式成为了学者们的研究重点。间壁式精馏塔不仅节能效果显著，还大大减小了设备投资，因此受到了工业和学术界的广泛关注。. 间壁式精馏塔结构复杂，自由度较多，其结构的复杂性为建立其准确模型带来了困难。本项目首先建立了间壁式精馏塔严格机理模型，并利用苯-甲苯-二甲苯体系的模拟计算，验证了模型的正确性。分析研究了气相分配比、液相分配比等参数对热负荷的影响。研究结果表明，气、液相分配比对间壁式精馏塔的热负荷影响较大，合理的气、液相分配比可减小间壁两端的气液混合效应，从而减小热力学不可逆性，减小热负荷。并以总热负荷最小为目标函数进行优化计算，得出最佳操作参数。. 本项目对间壁换热存在的可行性进行分析研究，得出间壁换热存在条件。对有间壁换热情况下的间壁式精馏塔进行模拟研究。对间壁换热的利弊进行分析研究。结果表明，间壁换热的存在是否有利与操作条件有关。. 本项目将间壁式精馏塔应用于实际芳烃分离工艺改造中。对间壁塔的回流比、气相分配比、液相分配比、产品采出量等参数进行了优化计算，确立了节能优化准则，在满足产品纯度要求下，得到了最优工艺操作条件。研究结果表明，间壁式精馏塔工艺比传统两塔序列工艺节能24.36%