反应精馏是指将化学反应和精馏耦合在同一设备中完成的化工操作过程,它是现有工业过程强化的主要途径之一。使用反应精馏技术可降低设备投资和能耗,提高反应转化率和产品收率,使得生产过程更为环保。由于在精馏体系中引入化学反应增加了问题的复杂性,使得反应精馏过程的设计难以有效地进行,因此开展反应精馏设计和综合策略的研究工作,具有重要的理论意义和应用价值。 通过综合分析现有的反应精馏设计方法,作者选择了塔板组成线设计法作为研究方向。塔板组成线有着连续的特性,塔板组成线的相交是反应精馏塔设计可行的充要条件,利用它进行反应精馏设计可以同时获得多组可行设计方案,避免了通常设计中的重复试差过程,有利于设计的优化和评价。 本文从塔板组成线法进行精馏的初步设计出发,利用剩余曲线、精馏线、操作叶、塔板组成线、反应空间等线图,对能否将反应引入精馏过程、是否需要增加非反应精馏段以达到完全分离的目的、如何得到最佳可行设计方案等关键问题进行了研究,具体内容如下: (1) 深入研究了剩余曲线、精馏线、夹点曲线、操作叶的一般性质,完善了常规精馏塔板组成线图解设计的理论基础。同时,为将塔板组成线设计法引入反应精馏过程,推导了普遍化的转换组成变量,并研究了不同反应类型的反应空间形式,以判断反应精馏过程是否需增加非反应精馏段。 (2) 根据塔板组成线的定义,本文推导了常规精馏塔板组成线的基本方程和全塔物料衡算方程,在对塔板组成线图研究的基础上给出了塔板组成线的作图规则,提出了常规精馏塔板组成线设计策略,并通过理想和非理想(共沸精馏)体系的设计实例验证了该策略的有效性。