差压热耦合精馏分离甲基环戊烷/苯过程的动态性能研究

以环戊烷/苯二元物系为例,采用动态模拟软件Aspen Plus Dynamics,对差压热耦合精馏的动态控制性能进行研究与分析.根据其工艺流程特点与分离操作要求建立了一种合理的控制方案.同时,对进料的流量、温度和组成扰动进行分析,考察塔顶、塔釜产品组成和流量等对进料扰动的闭环响应特性,分析该控制方案下差压热耦合精馏工艺对不同干扰因素的抗干扰性能和动态稳定特性.结果显示,该流程动态可控性强,各指标均能在干扰施加后较短时间内达到稳定,对各项干扰的稳定性能良好.     

PTA装置醋酸脱水塔的动态模拟及控制策略分析

以PTA装置醋酸脱水塔为研究对象,在该醋酸脱水塔的稳态模型的基础上,通过建立的平衡级动态数学模型以及补充设置好的动态参数,利用Aspen Plus软件建立好动态模型。以Aspen Dynamics软件为工具,用回流流量控制灵敏板温度,塔釜再沸器热负荷与进料流量F ₁呈比例控制,模拟设计出了控制策略CS1。又为了保证在进料流量扰动时塔底醋酸浓度更加稳定,利用塔釜再沸器热负荷来控制塔釜醋酸浓度,设计出了控制策略CS2。将两种不同的控制策略对其动态响应进行分析比较,得出在相同目标条件下表现更优的控制策略,为实际生产和控制方案的设计提供方向和指导。     

PTA装置醋酸脱水塔的动态模拟及控制策略分析

以PTA装置醋酸脱水塔为研究对象,在该醋酸脱水塔的稳态模型的基础上,通过建立的平衡级动态数学模型以及补充设置好的动态参数,利用Aspen Plus软件建立好动态模型。以Aspen Dynamics软件为工具,用回流流量控制灵敏板温度,塔釜再沸器热负荷与进料流量F1呈比例控制,模拟设计出了控制策略CS1。又为了保证在进料流量扰动时塔底醋酸浓度更加稳定,利用塔釜再沸器热负荷来控制塔釜醋酸浓度,设计出了控制策略CS2。将两种不同的控制策略对其动态响应进行分析比较,得出在相同目标条件下表现更优的控制策略,为实际生产和控制方案的设计提供方向和指导。     

醋酸乙烯精馏四塔控制结构的设计与模拟

首先运用Aspen Plus软件对醋酸乙烯精馏四塔进行稳态优化,优化后的操作条件为进料板位置31块板、回流比7.22、塔顶馏出量1007 kg/h。根据实际生产经验及Shinskey精馏控制三项准则,提出了单板温度控制方案(CS1)与双板温度控制方案(CS2)。动态模拟研究结果表明CS1可以保证精馏塔的稳定操作,CS2在产品质量控制上更胜一筹,但两者均不能克服进料组分的扰动。因此本文提出了一种新的控制结构:组分-温度控制结构(CS3),动态模拟结果显示,添加进料组分扰动后,塔顶产品浓度仍可满足质量要求。     

乙酸戊酯酯化反应精馏过程系统控制模拟及分析

反应精馏技术是将反应和精馏两个单元操作耦合在一个设备中同时进行,其非线性给反应精馏过程的平稳操作和过程控制提出了更高的要求。目前,反应精馏过程控制研究都是针对特定反应体系进行的有针对性的研究,对于乙酸戊酯反应体系的控制研究少有报道。本文利用Aspen Plus和Aspen Dynamic 软件对乙酸戊酯的反应精馏过程进行动态模拟,针对塔釜产品组成要求提出温度控制和组成控制两种不同的控制方案,对两个控制系统分别进行±10%的进料流量扰动测试和酸醇比为1:1、1.2:1的进料组成扰动测试。研究了不同扰动对产品质量的影响并比较了两种方案在不同扰动干扰下的控制效果。结果表明:进料组成扰动会对两个控制方案造成较大影响;温度控制方案的控制稳定性要好于组成控制方案。     

γ-十一内酯反应精馏过程的控制模拟及分析

研究了反应物大大过量情况下,γ-十一内酯的反应精馏过程控制。利用Aspen Dynamics软件进行γ-十一内酯反应精馏过程的动态模拟,通过灵敏度判据进行了温度控制板的选择,并在Aspen Dynamics建立了单端温度控制结构CS1和两端温度控制结构CS2。对系统施加进料流量±10%扰动和进料组成±5%扰动测试,测试结果表明,CS2控制结构可有效抵抗运行过程中的进料扰动,维持系统稳定运行,保证γ-十一内酯收率60%。由此说明两点式温度控制结构能够有效进行γ-十一内酯反应精馏过程控制。     

反应精馏法生产醋酸丁酯动态模拟

目前反应精馏法生产醋酸丁酯工艺发展迅速,但主要集中于对催化剂的探索与研究,在实际生产中仍缺乏较好的控制方法。利用Aspen Dynamics软件对醋酸丁酯反应精馏塔的操作进行了动态模拟,提出了两点温度控制法及温度浓度控制法两种控制方案,对系统进行了进料流量±10%,乙醇及醋酸进料浓度-5%,-10%的扰动测试。研究了不同扰动对产品组成的影响并比较了两种方案分别在面对不同扰动时的控制效果。实验结果表明:进料流量及醋酸进料组成对产品组成影响较大;两点温度控制法在面对不同扰动时均展现出了比温度组成控制法更好的控制效果,该控制方法具有响应速度快,产品组成偏差小的优点。     

热集成变压精馏分离吡啶-水的控制研究

对于吡啶-水的分离,与传统的变压精馏工艺相比,热集成变压精馏工艺更加节能经济,进料流量为3 000 kg/h时,可以节约能耗43.52%,节省年度总费用40.70%。为了将该工艺应用在实际生产中,必须解决其控制的问题。在最优设计基础上,提出2种基于PI控制器的控制结构,并采用动态模拟软件Aspen Dynamics检验了存在进料流量和进料组成干扰情况下控制结构的有效性。模拟结果表明:扰动存在时,由于基本控制结构CS1中二塔均存在压力效应,并且控温板温度稳定在设定值,导致水和吡啶产品质量存在较大稳态余差。进而,在CS1基础上引入温差控制策略和压力补偿温度控制策略,提出一种改进的控制结构CS2。模拟结果显示,针对相同的进料流量和进料组成扰动,控制结构CS2的动态控制性能显著提高,产品质量的稳态余差均较小。     

苯氯化反应精馏双目标控制系统设计

针对苯氯化反应精馏过程高纯度、高转化率控制要求,分析与氯化苯纯度和苯转化率相关的变量匹配关系,设计了2种双目标控制结构。CS-1是以反应段温差、灵敏板温度为被控变量的温度控制方案,通过增加流量扰动前馈补偿回路提高系统动态性能;CS-2采用了以塔釜氯化苯含量、进料比软测量模型输出为被控变量的成分控制方案。最后采用Aspen Dynamic建立动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。模拟结果表明,2种控制方案能有效抑制进料流量或成分扰动带来的进料苯转化率和产品氯化苯纯度变化。     

稀醋酸脱水系统的模拟优化及其控制

通过萃取与共沸精馏联合工艺来提纯质量分数10%的稀醋酸废水,利用Aspen Plus对工艺流程进行稳态模拟优化得出最佳的原料去萃取塔比例为23%,使用简化的Guthrie关系式进行设备投资和操作费用估算。在稳态模型的基础上设计了2种控制方案,用Aspen Dynamics进行动态模拟,在进料组分扰动和流量扰动下进行测试,找出较优的控制方案。     

萃取精馏分离苯/环己烷共沸体系的控制策略

将常规萃取精馏、差压热耦合萃取精馏以及隔壁塔萃取精馏技术应用于以糠醛为萃取剂的苯和环己烷共沸物分离过程。在稳态模型的基础上,利用Aspen Dynamics软件进行控制研究,对三工艺流程提出了若干控制策略。结果表明,对于常规萃取精馏过程,再沸器热负荷与进料量比值控制结构在降低控制过程超调量方面表现出明显优势;对于差压热耦合萃取精馏过程,带有压力-补偿控温策略的方案控制效果更佳;而对于隔壁塔,则选择了无隔板下方气液分离比控制的结构来作为较优的控制策略。     

醋酸甲酯和甲醇热集成变压精馏分离工艺模拟与优化

基于对醋酸甲酯与甲醇二元共沸特性的分析,提出热集成变压精馏分离醋酸甲酯和甲醇的工艺. 利用Aspen Plus软件对该分离过程进行模拟,以NRTL活度系数方程为物性计算方法,其二元相互作用参数由气液相平衡数据回归,分析了加压塔和常压塔的理论板数、进料位置及回流比对分离效果的影响,并进行了能耗比较. 结果表明,该工艺能很好地分离醋酸甲酯和甲醇,较佳的工艺条件为：加压塔操作压力909 kPa,理论板数32,第21块板进料,回流比4.2,塔釜醋酸甲酯纯度99.8%;常压塔操作压力101 kPa,理论板数30,第20块板进料,回流比4.6,塔釜甲醇纯度99.0%. 与常规变压精馏相比,热集成变压精馏可节能达45.8%;与以水为萃取剂的萃取精馏分离工艺相比,热集成变压精馏分离工艺更适合醋酸甲酯与甲醇体系的分离.     

不同热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸物的优化与控制

基于变压精馏分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系两塔的温差,利用Aspen Plus软件,以年度总成本最小为目标函数,对部分及完全热集成变压精馏工艺进行了稳态模拟及优化。在此基础上,利用Aspen Dynamics软件开发了多种控制结构,通过引入不同进料流量及组成的扰动测试控制结构的有效性。结果表明,完全热集成变压精馏工艺比部分热集成变压精馏工艺的经济性稍好。动态响应结果表明,部分热集成变压精馏工艺的压力?补偿温度控制结构可有效处理不同程度的干扰,能有效提高控制结构对干扰的响应速度,缩短达到新稳态的时间,保证乙酸乙酯和正己烷产品纯度在99.9wt%之上;而完全热集成变压精馏工艺的组分?温度串级控制结构仅能处理较小的组分和流量干扰,实现稳健控制,无法处理较大的干扰。综合比较两种工艺的经济性和可控性,认为部分热集成变压精馏工艺分离乙酸乙酯/正己烷共沸体系优于完全热集成变压精馏工艺。     

Design and Control of Extraction Distillation for Dehydration of Tetrahydrofuran

Design and control of an extractive distillation system for tetrahydrofuran (THF) dehydration with ethylene glycol as entrainer is investigated. The main module is a two‐column system containing an extractive distillation column, whose top stream is the desired product THF, and an entrainer recovery column. Economic analysis with total annual cost as the objective function is developed. Two kinds of control strategies are explored for THF dehydration. The responses reveal that the control structure with fixed reflux ratio cannot maintain the bottom liquid level of the entrainer recovery column, while the control scheme with fixed reboiler heat duty/feed flow ratio exhibits good control performance in spite of large deviations in feed flow rate and feed composition.     

二异丁烯反应精馏生产过程控制策略设计

二异丁烯是一种重要的化工中间体,近年来研究者提出了以催化裂化C₄为原料、采用反应精馏技术同时生产高纯二异丁烯和汽油添加剂的新工艺。由于反应精馏过程中非线性程度高,稳定控制困难,使得采用反应精馏技术生产二异丁烯过程的控制策略研究较少。采用Aspen dynamic软件进行动态模拟,针对反应精馏生产二异丁烯过程开发了温度控制方案、组分温度联合控制方案和组分温度串级控制方案。对3个控制系统进行（±10）%的进料流量扰动和（±5）%组成扰动测试并进行对比。结果表明：组分温度串级控制方案在添加扰动的情况下依然保证了二异丁烯质量分数99%,三异丁烯质量分数小于10%以及异丁烯转化率大于99%的要求,并且最终稳定时间约5 h,具有更好的抗干扰性能。研究结果能够为二异丁烯产品的生产工艺工业化应用提供设计依据。     

内部热耦合精馏塔的操作性能与模拟

对同轴式内部热耦合精馏塔的操作性能和节能效果进行了研究,考察了全回流操作条件下,压缩比对回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷的影响。结果表明,随着压缩比的增大,回流量、冷凝器负荷和再沸器负荷均降低。通过实验数据计算得到了该塔的理论板数和两塔间的传热量,精馏段为9块理论板,提馏段为4块理论板,当压缩比为2.2:1时,两塔间传热量为9.98kW。连续操作条件下,对内部热耦合精馏塔的节能效果进行了分析,通过与常规精馏塔的比较,内部热耦合精馏塔可节约52.3%的冷量,输入的再沸器和压缩机总负荷可节约20.34%。另外,基于实验数据,对该内部热耦合精馏塔进行了动态模拟,经连续操作下的实验验证,该内部热耦合精馏塔可在2h后达到稳定操作。     

反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯的优化与控制

对反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯过程进行了模拟、优化与控制的系统研究。利用Aspen Plus软件模拟乙酸甲酯与正丁醇的酯交换反应过程,以年总费用（TAC）为目标函数进行过程优化,通过稳态敏感性分析及相对增益矩阵（RGA）判据得到不同的操纵变量与控制变量匹配关系,以此为基础,在Aspen Dynamics平台建立了若干控制结构并进行分析对比。结果表明,利用两股反应物呈比例进料可较为有效地抵抗进料扰动,最后提出的无再沸器热负荷与混合物进料量比值（Q_r/F）控制的改进控制结构CS3,在降低反应精馏隔壁塔控制过程超调量方面有较大的优越性。     

热集成变压精馏分离乙醇-乙腈混合物

以乙醇-乙腈混合物为对象,研究了该体系在实验压力范围内的共沸组成,分析了采用变压精馏工艺分离精制乙醇和乙腈的可行性。通过比较实验压力范围内（101~500 kPa）体系的共沸组成与Aspen Plus模拟软件中计算的体系共沸组成,选择了适合的物性方法。在实验装置上进行了变压精馏法分离精制乙醇、乙腈混合物的实验,重点考察了不同回流比对分离效果的影响,得到了质量分数大于99.5%的乙醇和乙腈产品。 应用Aspen Plus模拟软件对乙醇-乙腈体系的热集成变压精馏过程进行了模拟计算,对比了热集成变压精馏与传统变压精馏的能耗,发现热集成变压精馏节能达35%。     

乙烯焦油精馏过程的模拟

利用化工过程模拟软件Aspen plus,模拟了乙烯裂解焦油的精馏过程,优化了各精馏塔的馏出率、回流比、进料板位置、进料温度等参数,可减少能量消耗13．9％。     

分壁精馏塔分离芳烃的稳态及动态研究

采用分壁精馏塔（DWC）严格稳态模型,对比苯、甲苯、二甲苯以及均三甲苯四组分混合物的常规分离和分壁精馏塔分离方法,稳态分析结果表明：直接序列分壁精馏塔流程较常规三塔分离序列可减小再沸器负荷18.9%,年度总成本TAC可降低13.0%,DWC有效避免了常规塔器分离过程中中间组分的返混现象。在Aspen Dynamic环境下对最优序列进行组分控制,结果表明组分控制可很好地应对进料流量和组分组成波动。