隔壁式反應精餾塔的模擬、優(yōu)化及控制.pdf

1、過程強化與集成是化學工程和過程技術的一個重要研究領域，其優(yōu)點集中體現在設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，最終帶來較高的經濟效益。反應精餾與隔壁精餾塔是過程強化與集成的重要應用，而反應精餾原理和隔壁塔原理結合起來，便構成了新型的隔壁式反應精餾塔。隔壁式反應精餾塔結合了隔壁塔與反應精餾的優(yōu)勢，是一項反應與分離同時進行、高度強化的復雜技術，可以進一步提高反應轉化率和選擇性、降低能耗、減少設備投資。國內外對此項

2、技術研究較少，因此是化工過程研究中較新的研究領域。 本文針對隔壁式反應精餾塔，以乙酸甲酯水解為例，應用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精餾塔的兩塔模型及三塔模型，并由模擬結果闡述了隔壁式反應精餾塔比常規(guī)反應精餾塔熱力學效率高的原因，分別對水酯進料比、氣相分配比、塔底再沸器熱負荷、塔頂及側線抽出量、水酯進料位置、預分餾塔的結構進行了單變量分析，初步確定了各個變量的優(yōu)化值，為隔壁式反

3、應精餾塔的進一步優(yōu)化提供了初值。 以初步優(yōu)化結果為基礎，綜合考慮操作條件與設備參數對年總費用(TAC)的影響，對該隔壁式反應精餾塔的經濟指標進行分析。在保證產品純度要求以及乙酸甲酯轉化率要求的條件下，按照一定優(yōu)化步驟，以TAC最小為目標對其進行優(yōu)化，獲得了經濟最優(yōu)化操作條件與設備參數。 以經濟最優(yōu)化結果為基礎，分別以兩塔模型與三塔模型，針對隔壁式反應精餾塔水解乙酸甲酯的流程進行控制策略的研究，應用三溫度控制回路來間接控制

4、產品質量以及反應物之間的化學反應計量平衡，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系，應用繼電反饋法以及Tyreus-Luyben整定規(guī)則計算得到PI控制參數。對系統(tǒng)加入兩種擾動對該控制結構進行測試，結果表明三溫度PI控制回路可以較好的控制隔壁式反應精餾塔，并獲得了可行的控制方案。 根據所提出的隔壁式反應精餾塔流程的特點，將該流程進行了改進。所得新流程不但可以直接得到一定純度的甲醇產品和乙