隔壁式反應(yīng)精餾塔的模擬、優(yōu)化及控制.pdf

1、過程強(qiáng)化與集成是化學(xué)工程和過程技術(shù)的一個重要研究領(lǐng)域，其優(yōu)點集中體現(xiàn)在設(shè)備和裝置體積的減小，過程效率和安全性的提高，能量消耗和浪費的減少，最終帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。反應(yīng)精餾與隔壁精餾塔是過程強(qiáng)化與集成的重要應(yīng)用，而反應(yīng)精餾原理和隔壁塔原理結(jié)合起來，便構(gòu)成了新型的隔壁式反應(yīng)精餾塔。隔壁式反應(yīng)精餾塔結(jié)合了隔壁塔與反應(yīng)精餾的優(yōu)勢，是一項反應(yīng)與分離同時進(jìn)行、高度強(qiáng)化的復(fù)雜技術(shù)，可以進(jìn)一步提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性、降低能耗、減少設(shè)備投資。國內(nèi)外對此項

2、技術(shù)研究較少，因此是化工過程研究中較新的研究領(lǐng)域。 本文針對隔壁式反應(yīng)精餾塔，以乙酸甲酯水解為例，應(yīng)用ASPEN PLUS軟件，闡述了其計算模型的建立過程，并通過此方法建立了隔壁式反應(yīng)精餾塔的兩塔模型及三塔模型，并由模擬結(jié)果闡述了隔壁式反應(yīng)精餾塔比常規(guī)反應(yīng)精餾塔熱力學(xué)效率高的原因，分別對水酯進(jìn)料比、氣相分配比、塔底再沸器熱負(fù)荷、塔頂及側(cè)線抽出量、水酯進(jìn)料位置、預(yù)分餾塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單變量分析，初步確定了各個變量的優(yōu)化值，為隔壁式反

3、應(yīng)精餾塔的進(jìn)一步優(yōu)化提供了初值。 以初步優(yōu)化結(jié)果為基礎(chǔ)，綜合考慮操作條件與設(shè)備參數(shù)對年總費用(TAC)的影響，對該隔壁式反應(yīng)精餾塔的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析。在保證產(chǎn)品純度要求以及乙酸甲酯轉(zhuǎn)化率要求的條件下，按照一定優(yōu)化步驟，以TAC最小為目標(biāo)對其進(jìn)行優(yōu)化，獲得了經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化操作條件與設(shè)備參數(shù)。 以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化結(jié)果為基礎(chǔ)，分別以兩塔模型與三塔模型，針對隔壁式反應(yīng)精餾塔水解乙酸甲酯的流程進(jìn)行控制策略的研究，應(yīng)用三溫度控制回路來間接控制

4、產(chǎn)品質(zhì)量以及反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)計量平衡，由非方增益矩陣法(NRG)與相對增益矩陣法(RGA)法確定溫度靈敏塔板以及控制關(guān)系，應(yīng)用繼電反饋法以及Tyreus-Luyben整定規(guī)則計算得到PI控制參數(shù)。對系統(tǒng)加入兩種擾動對該控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，結(jié)果表明三溫度PI控制回路可以較好的控制隔壁式反應(yīng)精餾塔，并獲得了可行的控制方案。 根據(jù)所提出的隔壁式反應(yīng)精餾塔流程的特點，將該流程進(jìn)行了改進(jìn)。所得新流程不但可以直接得到一定純度的甲醇產(chǎn)品和乙