内部热集成反应精馏系统的综合及节能研究

The concept of internally heat-integrated distillation columns (iHIDiC) will be applied to the ethoxylation reactive distillation column (ERD), which adopts ethylene oxide (EO) as the main reactant. A new technolygy of internally heat-integrated ethoxylation reactive distillation (IHIERD) process is proposed, and in the mean time, the process synthesis and energy saving is studied. A hierarchy approach will be adopted to the design and optimization methodology. Firstly, a traditional reactive distillation column will be simulated and optimized - in order to obtain the basic information and data of the process design. Secondly, the approach of building an IHIERD will be proposed against the process characteristics. Accoridng to systematic methematical methodologies and models, the parameters of the column can be obtained. Then, thermodynamics analysis methods (e.g. pinch method) will be used to optimize and synthesis the distillation process to achieve the optimum energy integration. Finally, the applicability, energy efficiency, and design principles of IHIERD will be summarized and generalized. The research results will provide supports for developing eco-friendly ERD techonloly from various aspects, e.g. theroy and modelling. In the meantime, the theory and methdology of reactive distillation technology will also be developed and progressed.

本课题将内部热集成精馏塔（HIDiC）的思想应用至以环氧乙烷为原料的乙氧基化反应精馏体系，提出内部热集成乙氧基化反应精馏（IHIERD）新工艺，同时开展系统优化综合和节能研究。研究拟采用一种层次设计和优化方法。首先，对常规的反应精馏塔进行模拟计算和优化，取得过程设计的基础信息和数据。其次，针对过程特性，提出IHIERD构造方法，建立系统的数学模型和模型方法，取得IHIERD塔内参数的分布。再次，采用夹点分析等热力学分析方法，对IHIERD过程中的换热网络进行优化综合，实现系统热量的最优集成。最后，归纳和总结IHIERD的适用性、不同方案的节能效果及工程化设计原则。研究成果将为开发环境友好型乙氧基化反应精馏工艺提供理论和模型支持，同时发展反应精馏的理论和方法。

本课题将内部热集成精馏塔（HIDiC）的思想应用至以环氧乙烷为原料的乙氧基化反应精馏体系，提出了内部热集成乙氧基化反应精馏（IHIERD）新工艺，同时开展系统优化综合和节能研究。首先，对常规反应精馏塔进行模拟计算，基于（火用）损失分析对反应体积分布进行了优化，使反应精馏塔能耗降低18%，取得过程设计的基础信息和数据。其次，针对过程特性，检验IHIERD的可行性，确定最大可能的内部集成热量。最后，提出了一种层次设计和优化方法，基于水力学、传热学对IHIERD塔结构进行合理设计。经优化后，最优设计方案相比于传统的反应精馏塔，可将再沸器负荷降为0，总成本降低20%。研究结果将为开发环境友好型乙氧基化反应精馏工艺提供理论和模型支持，同时发展了反应精馏的理论和方法。