隔板塔多重定態特性的研究及其套用

《隔板塔多重定態特性的研究及其套用》是依託中國科學院大學，由王二強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：隔板塔多重定態特性的研究及其套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王二強
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

隔板塔因能夠大幅度降低能耗、設備費用和占地面積，是熱耦精餾領域的研究熱點，但其多重定態特性並未引起人們足夠的重視；而熱耦精餾中與隔板塔構型的熱力學特徵、分離原理和計算方法基本相同的Petlyuk 塔已有存在多定態解的報導。隨著隔板塔用於更多組分的分離而導致內部互聯流股增多，以及隔板塔和共沸精餾、反應精餾的進一步耦合，其多重定態等非線性特性將更加突出。基於此，本項目擬通過理論分析、數值計算和實驗驗證，對隔板塔及其與共沸精餾和反應精餾的耦合形式的多重定態特性展開研究，通過對其定/動態數學模型的理論分析和數值計算，預測隔板精餾塔多重定態存在性條件及其適宜的求解方法。通過研究，可望深入認識隔板塔的多重定態特性的規律性，特別是參數空間按照定態數目與性質的分區和相空間分區的規律性，從而發展和豐富隔板塔理論體系；這些規律的套用，也將完善隔板塔現有設計、操作與控制方法。因此，具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

隔板塔，作為一種熱耦合集成塔型，引起工業和研究機構的廣泛關注，已在工業裝置上得到充分驗證，顯示出巨大的節能、降低投資和占地面積的優勢。關於隔板塔的設計\控制，已發表許多文獻，對其進行了深入研究。但是隔板塔多重定態特性以及對已有設計方法的影響，並未引起人們足夠的重視。本項目對隔板塔的多重定態的內在機理進行了深入研究，建立了隔板塔的多種數學模型，例如穩態和動態模型，簡捷設計模型和嚴格模擬模型等。穩態模型包括利用過程模擬軟體建立的雙塔模型、三塔模型、四塔模型，以及獨立開發的隔板塔數學模型、數值算法和C++程式，對該種耦合塔型的數值求解、調試和收斂有了更深入的認識和積累。在上述模型基礎上進行隔板塔的簡捷設計和模擬最佳化，尤其是隔板塔耦合流股涉及到的多個變數的最佳化。經過驗證，證實隔板塔也存在類似Petlyuk塔的多定態解，所以如何從多組解中篩選出最優的一組解用於後續工業化套用，就顯得十分重要。本項目開發出一種快速診斷具體隔板塔系統是否存在多定態解的簡便有效的算法，通過作圖的手段，判斷曲線是否相交以及交點的數目作為依據，直觀形象。隨後利用多組解的不同穩態和動態特性來篩選出，最適合於工業設計/加工/操作/控制的一組最佳化解，來進行後續的水力學設計。綜合上述步驟，得到基於多重定態特性開發出一種的新的隔板塔設計方法，發展和豐富了隔板塔理論體系，對隔板塔的工業套用也起到重要的指導作用，具有重要的科學意義和套用價值。