蒸馏过程强化技术

　　《蒸馏过程强化技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。 蒸馏过程强化的目的是最大限度地提高单位体积设备的生产能力，从而缩小设备尺寸、简化工艺流程、降低投资成本和运行操作费用、减小污染排放以及提高过程的自动化程度。本书针对相对挥发度强化与气液传质过程强化两个关键，围绕蒸馏过程的热力学基本原理、动力学传质过程以及系统工程，以基础理论创新、关键技术突破和关键装备研究进展为主线，通过系统介绍蒸馏过程设备强化、引入质量分离剂以及引入能量分离剂的蒸馏强化过程等一系列典型关键技术，综述蒸馏过程强化领域的理论和应用成果。 全书共分为引入质量分离剂强化、引入能量分离剂强化、先进设备强化、先进控制强化四篇，内容包括：绪论，恒沸精馏过程强化，萃取蒸馏过程强化，反应精馏过程强化，微波场强化蒸馏，超重力场强化精馏，磁场、电场、超声场强化精馏，新型填料，新型塔板，高效气/液分布装置，分隔壁精馏塔，蒸馏过程的控制基础，强化蒸馏过程的控制方案等。 《蒸馏过程强化技术》可供化工、能源、电子、材料、环境、医药等专业领域的科研与工程技术人员阅读，也可供高等学校相关专业师生参考。

　　李鑫钢，天津大学化工学院，教授，精馏技术国家工程研究中心主任。1982年，天津大学化工系化工机械毕业，获学士学位；1985年，天津大学研究生院化学工程专业，获硕士学位；1992年，天津大学化学工程研究所，获博士学位。天津大学精馏技术工程研究中心的主任。2008年1月，李鑫钢主持完成的“炼油分离过程大型化关键技术系统集成与节能”项目获国家科技进步二等奖。李鑫钢是“985工程”天津大学“化工过程工程化科技创新平台”建设项目首席科学家。“蒸馏过程节能与强化关键技术及其应用研究”教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队负责人。现任精馏技术国家工程研究中心主任、中国石油和化学工业协会技术创新推进委员会委员、中国水污染治理技术装备专家团技术专家、《现代化工》理事、中国化学工程学会会员、中国生物工程学会会员、“中国塔填料及塔内件网”（简称塔填料及内件网）的副理事长。曾荣获中国高等学校十大科技进展1项、国家科技进步奖二等奖1项、教育部科技进步奖一等奖1项、教育部科技进步奖二等奖1项

第一章绪论 /1
第一节蒸馏过程基本原理 1
第二节蒸馏过程强化的意义与目的 2
一、蒸馏过程强化的意义 2
二、蒸馏过程强化的目的 2
第三节蒸馏过程强化的内容与本质 4
第四节蒸馏过程强化的机遇与挑战 5
参考文献 7

第一篇引入质量分离剂强化 /9
第二章恒沸精馏过程强化 /11
第一节恒沸精馏的强化原理 11
第二节恒沸系统热力学特点 12
第三节恒沸剂的选择 13
第四节恒沸精馏流程 13
一、不加恒沸剂 13
二、加恒沸剂 14
第五节恒沸精馏工业应用 16
一、乙醇脱水 17
二、醋酸脱水 17
三、酯类生产 18
第六节恒沸精馏与萃取精馏的比较 18
参考文献 19

第三章萃取蒸馏过程强化 /23
第一节萃取蒸馏的强化原理 23
第二节萃取蒸馏与其他分离过程组合 27
一、萃取蒸馏与恒沸蒸馏组合 28
二、萃取蒸馏与液液萃取组合 28
第三节萃取蒸馏种类与研究现状 29
一、溶盐萃取蒸馏 29
二、溶剂萃取蒸馏 31
三、混合溶剂萃取蒸馏 33
四、加盐萃取蒸馏 36
五、离子液体萃取蒸馏 40
第四节萃取蒸馏的预测型分子热力学理论体系 46
一、小分子溶剂体系的预测型分子热力学模型 47
二、含小分子无机盐体系的预测型分子热力学模型 52
三、含聚合物体系的预测型分子热力学模型 56
四、含离子液体体系的预测型分子热力学模型 62
五、离子液体分离剂的构效关系 67
第五节萃取蒸馏的应用实例 72
一、萃取蒸馏理论成果的应用——预测型热力学理论体系构建 72
二、萃取蒸馏的工业应用 73
参考文献 75

第四章反应精馏过程强化 /79
第一节反应精馏技术的发展历程 79
第二节反应精馏过程强化的原理及特点 81
一、反应精馏过程原理 81
二、反应精馏过程特点 82
三、传递与反应过程 82
四、强化过程优势与限制 84
第三节反应精馏的典型应用 87
一、精馏型反应精馏 87
二、反应型反应精馏 88
第四节反应精馏过程模型 101
一、平衡级模型 102
二、非平衡级模型 106
三、非平衡级混合池模型 116
第五节反应精馏塔内构件 121
一、均相催化反应精馏塔 121
二、非均相催化反应精馏塔 121
三、计算流体力学指导内构件的设计 122
四、新型内构件的开发应用 124
第六节反应精馏过程的应用实例 126
一、反应精馏过程的开发步骤 126
二、乙酸甲酯水解反应精馏过程开发 127
三、轻汽油醚化反应精馏过程开发 148
参考文献 152

第二篇引入能量分离剂强化 /157
第五章微波场强化蒸馏 /159
第一节微波场强化蒸馏过程的原理 159
一、微波与物质作用的机理 159
二、微波场强化蒸馏的优势 160
第二节微波场强化蒸馏过程的研究现状 161
第三节微波场强化蒸馏设备 163
一、微波发射及传输设备简介 163
二、微波汽液平衡装置 165
三、微波强化薄膜蒸发设备 166
四、微波强化喷淋蒸发设备 170
五、微波强化喷雾蒸发设备 171
六、实验室微波蒸馏装置实物介绍 172
第四节应用实例 173
参考文献 173

第六章超重力场强化精馏 /175
第一节超重力场强化精馏过程的原理 175
第二节超重力场强化精馏过程的研究现状 177
一、流体力学特性 177
二、微观混合性能研究 181
三、传质过程强化规律以及模型化 181
第三节超重力场强化精馏设备 183
一、整体旋转式转子超重力旋转床 184
二、动静结合式转子超重力旋转床 188
三、双动盘式超重力旋转床 190
第四节应用实例 191
参考文献 193

第七章磁场、电场、超声场强化精馏 /197
第一节磁场强化精馏过程 197
一、磁场简介 197
二、精馏技术及其强化 198
三、磁场对物质的作用 198
四、磁场在精馏中的应用 199
第二节电场强化精馏过程 201
一、概述 201
二、电场对传质过程的影响 201
三、电场在化工过程中的应用 203
四、小结 204
第三节超声场强化精馏过程 204
一、超声场强化精馏过程的原理 204
二、超声场强化精馏过程的研究现状 206
三、超声场强化精馏设备 211
参考文献 211

第三篇先进设备强化 /217
第八章新型填料 /219
第一节填料种类和结构 219
一、散装填料 220
二、规整填料 224
第二节填料流体力学与传质性能分析 229
一、填料压降 230
二、泛点气速 231
三、持液量 232
四、有效相界面面积 233
五、传质性能 234
第三节新型填料的应用 236
一、石油炼制及下游石化产品生产 237
二、乙烯工业 240
三、空气分离 241
第四节新型填料发展方向 242
一、几何结构和尺寸优化 243
二、填料表面改性 244
三、应用新型功能材料 245
四、计算机辅助填料开发 247
参考文献 250

第九章新型塔板 /255
第一节强化气液传质过程原理 255
一、新型塔板技术发展方向 255
二、增加有效传质面积 255
三、减少板上液面梯度和滞留返混 256
四、增加气液相接触面积 257
五、增加液相停留时间 257
六、塔板表面润湿性改性 258
第二节流体力学与传质性能分析 258
一、塔板上气液两相接触状态 258
二、塔板上液相流场 260
三、塔板压降 260
四、漏液 260
五、雾沫夹带 261
六、气液传质性能 261
第三节新型塔板及其应用 261
一、概述 261
二、立体喷射型塔板 262
三、复合塔板 264
四、浮阀类塔板 266
五、穿流塔板 269
六、高速板式塔——旋流塔板 270
第四节未来发展趋势 271
参考文献 272

第十章高效气/液分布装置 /276
第一节强化气液传质过程原理 276
一、液体分布器 276
二、气体分布器 278
三、液（气）再分布器 279
第二节高效气/液分布器的设计理念 279
一、液体分布器 279
二、气体分布器 280
三、液（气）再分布器 281
第三节新型分布器的应用 281
一、液体分布器 281
二、液（气）再分布器 285
三、液体收集器 287
第四节未来发展趋势 288
参考文献 288

第十一章分隔壁精馏塔 /290
第一节分隔壁精馏原理 290
一、热耦合精馏 290
二、分隔壁精馏 293
第二节分隔壁精馏塔的性能和特点 294
一、分隔壁精馏塔节能原理 294
二、分隔壁精馏塔适用范围 295
三、分隔壁精馏塔性能优劣 296
第三节分隔壁精馏塔强化构型 296
一、多元混合物（≥4）分隔壁精馏塔 297
二、分隔壁萃取精馏塔 298
三、分隔壁共沸精馏塔 300
四、分隔壁反应精馏塔 302
五、热泵辅助分隔壁精馏塔 304
第四节分隔壁精馏塔实验 306
第五节分隔壁精馏塔简捷设计、模拟与优化 307
一、分隔壁精馏塔简捷设计 307
二、分隔壁精馏塔严格模拟 309
三、分隔壁精馏塔优化 312
第六节分隔壁精馏塔控制 314
一、控制自由度 314
二、分隔壁精馏塔控制结构 315
三、温度灵敏板选取 320
第七节分隔壁精馏塔设备 320
一、塔设备类型 320
二、塔内分隔壁 322
三、液相分配装置 323
四、气相分配装置 325
第八节?分隔壁精馏塔工业应用 327
参考文献 328

第四篇先进控制强化 /341
第十二章蒸馏过程的控制基础 /343
第一节蒸馏过程控制的重要性 343
第二节PID控制及其参数的调谐 344
一、PID控制器介绍 344
二、PID控制器参数的调谐 346
第三节串级控制及比率与前馈控制 348
一、串级控制 348
二、比率控制 350
三、前馈控制 351
第四节控制策略建立步骤 353
第五节温度控制点的选择及其配对 357
一、情况一 357
二、情况二 359
三、其他控制点的选择方法 360
第六节压力补偿温度控制回路的使用时机及其设计 361
第七节小结 363
参考文献 364

第十三章强化蒸馏过程的控制方案 /365
第一节传统精馏塔及中分隔壁精馏塔的控制架构及应用实例 365
一、BTX分离系统稳态模拟 365
二、传统精馏塔控制结构 370
三、中分隔壁精馏塔控制结构 377
四、小结 383
第二节共沸精馏塔及下分隔壁共沸精馏塔过程控制及应用实例 383
一、工业共沸精馏塔实例介绍——吡啶脱水系统 383
二、吡啶脱水系统节能共沸精馏过程的控制 386
三、吡啶脱水系统下分隔壁共沸精馏塔过程的控制 389
四、小结 393
第三节萃取精馏塔及上分隔壁萃取精馏塔过程控制应用实例 394
一、萃取精馏原理与设计概念 394
二、传统萃取精馏系统设计与控制实例 397
三、上分隔壁萃取精馏塔过程控制应用实例 400
四、小结 406
第四节反应精馏塔及分隔壁反应精馏塔过程控制应用实例 406
一、反应精馏简介 406
二、三醋酸甘油酯反应精馏塔过程控制应用实例 411
三、醋酸异丙酯分隔壁反应精馏塔过程控制应用实例 417
四、小结 425
参考文献 426

索引 /428