论文部分内容阅读
传统的反应精馏塔将反应和分离两个操作单元结合在同一个装置中,有效解决了部分反应过程和分离过程的难题。相比反应器-精馏塔连续过程,反应精馏塔使系统整体的效率提高,同时设备投资和操作费用显著降低,有效地强化了内部物质耦合与内部能量耦合。经过大量基础的理论研究,反应精馏塔在实际生产中已经得到了相当广泛的应用,在很多反应过程中起到提高反应和分离的效率的重要作用,为化工生产过程降低了巨大的成本。传统的反应精馏塔擅长解决单个反应体系的反应分离问题。对于多步连续反应系统,目前工业上仍采用传统的单反应段反应精馏塔(RDC-SRS)串联的方案,以此串联的若干反应精馏塔中的每个反应精馏塔发生一个反应,随着反应连续进行,反应混合物依次传递。这种方案的优势是反应系统相对稳定,但是缺陷在于设备投资和操作成本过高。如果由一个单独的反应精馏塔进行多步连续反应,则各个反应之间会因为物质的相互干扰而抑制某些反应,出现转化率低、反应速率慢等问题。本文设计了多反应段反应精馏塔(RDC-MRS)来解决上述难题。本研究分别设计了三反应段反应精馏塔(RDC-TRS),双反应段反应精馏塔(RDC-DRS)以及双反应段反应精馏塔的一种特殊结构——隔离壁双反应段反应精馏塔(DWRDC-DRS)以探究它们的原理、设计方法以及节能效果。以上几种RDC-MRS通过塔内设置多个反应段的方案使不同的反应尽可能发生在不同的反应段,这样各个反应之间的干扰会明显降低,进而提高了反应转化率和反应速率,强化了内部物质耦合与内部能量耦合。同时多个反应段以及若干反应段之间的间隔段为RDC-MRS提供了更多的自由度,使各反应段的安排更加自由灵活,保证系统设计空间和RDC-MRS的节能有效性。本文应用化上流程仿真软件Aspen Plus对各类反应精馏塔进行建模仿真模拟。所设计的RDC-TRS和RDC-DRS应用三氯甲硅烷制备硅烷这一太阳能行业中的重要反应体系进行仿真模拟实验,来验证它们的节能效果。在保证总塔板数不变和总反应段数不变的情况下,通过仿真实验中严谨的对比冷凝器热负荷与再沸器热负荷验证了RDC-TRS和RDC-DRS相比传统的RDC-SRS有着显著的节能效果。仿真结果表明,RDC-TRS相对传统的(RDC-SRS)可以节约操作费用11%以上,RDC-DRS相对于RDC-SRS可以节约操作费用约9%,证明了RDC-TRS与RDC-DRS优越的节能效果。此外,DWRDC-DRS应用间接水合法由环己烯制备环己醇的实例来进行仿真实验,虽然产品质量并未完全达到标准,但仍然可以从仿真记过结果分析出DWRDC-DRS的节能潜力,这种新型结构的反应精馏塔值得继续开拓研究。