过程强化型反应蒸馏塔的设计方法

摘要

本发明是过程强化型反应蒸馏塔的设计方法，属于化工过程的设计与制造，涉及提高反应蒸馏塔效率的方法。具体为针对反应蒸馏塔中反应操作和蒸馏操作之间的相互耦合的有效处理问题，提供了过程强化型反应蒸馏塔的设计方法，该方法根据反应热与反应混合物的汽化潜热的比率的三种情形，通过渐进性结构搜索方法和非线性优化方法确定相应强化过程来促进反应操作和蒸馏操作的内部物质耦合与内部能量耦合，最大幅度地降低系统的设备投资成本和操作费用，具有很高的热力学效率。可应用于化工过程的综合与设计、能源的有效利用以及环境的保护。

主权项

过程强化型反应蒸馏塔的设计方法，包括根据反应热与反应混合物的汽化潜热的比率的三种情形，反应热与反应混合物的汽化潜热的比率为ΔHR/ΔHV，其中ΔHV为气化潜热、ΔHR为反应热，其特征在于：情形一：对于含有强热效应即ΔHR/ΔHV＞1.0的反应蒸馏塔，分为两种情况：1)对于吸热反应，(1)将反应段向精馏段内扩展，扩展范围从精馏段的最后一块塔板至塔的顶端，而具体位置通过如下方法确定，首先向精馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向精馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(2)将进料位置向反应段内移动，移动范围从反应段的一端移至反应段的另一端，而具体位置通过如下方法确定，首先将物料的进料位置向反应段内移动1块塔板并检验系统的能耗，其次再将物料的进料位置向反应段内移动2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的物料的进料位置；(3)保持催化剂的总量不变，将催化剂在反应段与精馏段的重叠部分进行重点分布，具体分布通过非线性优化方法确定；2)对于放热反应，(1)将反应段向提馏段内扩展，扩展范围从提馏段的第一块塔板至塔的底端，而具体位置通过如下方法确定，首先向提馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向提馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(2)将进料位置向反应段内移动，移动范围从反应段的一端移至反应段的另一端，而具体位置通过如下方法确定，首先将物料的进料位置向反应段内移动1块塔板并检验系统的能耗，其次再将物料的进料位置向反应段内移动2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的物料的进料位置；(3)保持催化剂的总量不变，将催化剂在反应段与提馏段的重叠部分进行重点分布，具体分布通过非线性优化方法确定；情形二：对于含有中等热效应即0.05≤ΔHR/ΔHV≤1.0的反应蒸馏塔，(1)将反应段向精馏段内扩展，扩展范围从精馏段的最后一块塔板至塔的顶端，而具体位置通过如下方法确定，首先向提馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向提馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(2)将反应段向提馏段内扩展，扩展范围从提馏段的第一块塔板至塔的底端，而具体位置通过如下方法确定，首先向提馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向提馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(3)将进料位置向反应段内移动，移动范围从反应段的一端移至反应段的另一端，而具体位置通过如下方法确定，首先将物料的进料位置向反应段内移动1块塔板并检验系统的能耗，其次再将物料的进料位置向反应段内移动2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的物料的进料位置；(4)保持催化剂的总量不变，将催化剂在反应段与提馏段以及反应段与精馏段的重叠部分进行重点分布，具体分布通过非线性优化方法确定；情形三：对于含有少量或完全不含有热效应即0≤ΔHR/ΔHV＜0.05的反应蒸馏塔，(1)将反应段向精馏段内扩展，扩展范围从精馏段的最后一块塔板至塔的顶端，而具体位置通过如下方法确定，首先向提馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向提馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(2)将反应段向提馏段内扩展，扩展范围从提馏段的第一块塔板至塔的底端，而具体位置通过如下方法确定，首先向提馏段内扩展1块塔板并检验系统的能耗，其次再向提馏段内扩展2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的扩展塔板数目；(3)将进料位置向反应段内移动，移动范围从反应段的一端移至反应段的另一端，而具体位置通过如下方法确定，首先将物料的进料位置向反应段内移动1块塔板并检验系统的能耗，其次再将物料的进料位置向反应段内移动2块塔板并检验系统的能耗，直至搜索到最小能耗所对应的物料的进料位置；(4)保持催化剂的总量不变，将催化剂在反应段与提馏段以及反应段与精馏段的重叠部分进行重点分布，具体分布通过非线性优化方法确定。