热耦合精馏技术研究与应用进展

热耦合精馏技术是一种高效节能的分离工艺,通过内部或外部热能回收显著降低能耗,并在复杂混合物的分离中表现出优异的性能。综述了内部热耦合精馏(Internally Heat Integrated Distillation Column,HIDiC)、差压热耦合精馏(Pressure-Swing Thermally Coupled Distillation,PSTCD)和反应精馏热耦合技术(Thermally Coupled Reactive Distillation,TCRD)的研究进展,重点分析了其节能效果、优化设计及工业应用,探讨了新技术在绿色化工中的潜力与挑战,为未来分离工艺的创新和工业推广提供了理论依据。     

热集成变压精馏乙二醇脱水系统的控制方案优化

针对热集成变压精馏乙二醇脱水再生系统存在的操作不稳定等问题,基于Aspen Plus和Aspen Dynamics软件,在全流程稳态模拟的基础上,对其进行了动态模拟及控制方案优化。设计了改进型控制方案CS2,与常规控制方案CS1相比,两个塔的操作压力的控制回路是相互独立的,高压塔的塔釜液位由再沸器的导热油流量控制,低压塔的塔釜温度由塔釜的采出流量控制,再分别对进料流量和进料组成中乙二醇含量的阶跃变动的动态响应特性进行分析。结果表明,控制方案CS1基本能够抵抗进料流量和进料组成扰动对系统的影响,但相关控制响应会出现一定的滞后性,难以保证产品满足要求。改进的控制方案CS2对相同的进料流量和进料组成扰动有更好的抵抗能力,控制性能显著提高,保证乙二醇的质量分数不低88%,趋于稳定时产品质量变化幅度小于2%,且该方案在实际应用中涉及到的操作相对简单。本文为相关双塔耦合过程的稳定控制提供了一种新思路,对于双塔耦合在其他体系的工程应用也有借鉴作用。     

简化外部热耦合双精馏塔的控制与优化

针对具有3个换热器结构的外部热耦合双精馏塔(S-EHIDDiC),提出了一种新型的控制与优化策略。顶部与底部换热器的热负荷能够改变高压精馏塔的回流量和低压精馏塔的上升汽量,因而可以用来控制高压精馏塔塔顶和低压精馏塔塔底的产品质量。这种控制方法与常规精馏塔的LV控制结构相似。S-EHIDDiC还有多余的决策变量(如进料分流比,高压精馏塔塔压和中间换热器的热负荷),可以对稳态操作进行优化。闭环仿真证明了这种控制结构的可行性,稳态优化也提高了系统的热力学效率。     

反应精馏合成碳酸二甲酯过程优化及热集成研究

利用Aspen Plus流程模拟软件,采用UNIQUAC-RK热力学模型和文献中的酯交换动力学模型,对碳酸丙烯酯和甲醇酯交换工艺进行模拟计算并对关键参数进行优化,最终原料碳酸丙烯酯的转化率达到98.56％,产品碳酸二甲酯和丙二醇的质量分数分别为99.7％和99％.为了降低工艺过程的能耗,对流程进行了热集成,集成后的工艺...     

特殊精馏热耦合强化技术研究进展

在石油、医药、化工等行业生产和分离过程中,常伴随着共沸或沸点相近混合物的产生,其高效节能分离是工业清洁生产和可持续发展的前提。作为一种分离共沸或近沸等难分离混合物的重要手段,特殊精馏引起了广泛关注。然而,特殊精馏对能源的消耗量非常大,开发低成本、性能可靠的特殊精馏强化技术对实现经济和能源的可持续发展具有重要意义。基于对特殊精馏塔内外传质传热规律的研究,本文从强化原理和工艺改进技术两方面,重点介绍了热耦精馏、隔壁塔、侧线精馏、有机朗肯循环、热泵精馏、差压热耦合等内外热耦合强化技术在特殊精馏节能增效等方面的研究进展,并展望了其未来发展的挑战和机遇,以期为特殊精馏在热耦合强化方面的理论研究与应用提供参考。     

热偶精馏过程的优化计算及控制

建立了TCS热偶精馏过程优化设计的数学模型,编制了逐板计算的计算机程序,根据严格逐板计算的结果,运用差分法求出灵敏度系数,对TCS热偶精馏进行了灵敏度分析,确定灵敏板的位置即找到最优控制点,在此基础上选择最优控制方案,实现TCS热偶精馏塔的最优设计。对苯-甲苯-乙苯物系进行了优化设计,提出了本流程最优控制方案。     

热耦合精馏醇醚共沸混合物的设计与优化

为了获得节能经济的分离仲丁醇(SBOH)-仲丁氧基甲氧基甲烷(SMMB)-二仲丁氧基甲烷(DSBM)共沸物系的精馏工艺,文中基于热耦合精馏原理及萃取精馏原理构建了6种分离序列,以TAC(年总成本费用)最小为优化目标,采用序贯迭代优化方法考察理论塔板数、回流比、进料位置、侧线采出位置等设计参数对节能、投资的影响.研究结果...     

基于内模控制的内部热耦合精馏策略

精馏过程约占工业总能耗的1/3,其节能控制潜力很大。内部热耦合精馏(ITCDIC)是迄今为止所提出的节能效果最好(比常规精馏节能40%以上)却没有商业化的节能技术。主要原因在于该过程具有较强的非线性、复杂的动态特性以及耦合性,给控制方案的设计带来了极大的困难。通过建立更为精确的二阶内部模型,提出了一种有效的ITCDIC内模控制方案。实例研究结果表明,与传统控制方案PID相比,控制品质更加稳定可靠;同时,与目前国际上公开报道的最好结果相比,该控制方案有更广泛的操作域,鲁棒性更强。     

热集成精馏系统的动态优化策略研究

提出基于机理模型,以最小能耗为目标的热集成精馏系统的动态优化策略。SQP和正交配置的离散化方法实现动态优化的计算,仿真结果表明该方法的有效性。     

丙烯改进型差压热耦合精馏系统优化与控制

以炼厂气体分馏装置丙烯精馏为例,利用Aspen Plus建立不同工况下改进型差压热耦合精馏稳态模拟,在此基础上运用Aspen Dynamics对RR-BR控制方案和D-B控制方案的动态特性进行研究,并与传统的差压热耦合精馏进行比较。结果表明,辅助冷凝器和中间冷却器冷却负荷分配不同,高低压塔的分离负荷不同,节能效果也不同,也是动态性能差异的主要原因。选择部分耦合流程可以使流程更加灵活,通过优化冷却负荷分配比,可以使改进型流程比传统流程具有更好的控制效果。     

反应精馏相关技术研究进展(Ⅱ)--过程优化与控制技术

反应精馏是近些年来发展起来的一种特殊的精馏形式,它将化学反应和分离过程耦合在一个设备中同时进行,具有传统工艺无法比拟的优势,已成为化工自动化领域的研究热点。由于反应和分离共存,给反应精馏的控制和优化带来了新的问题。本文以此为背景综述反应精馏研究中的关键方向———操作优化和控制技术的研究进展,并对其研究前景进行展望。     

电子级多晶硅生产中氯硅烷精馏工艺的设计和优化

比较目前多晶硅生产中氯硅烷精馏的国内传统工艺和引进国外工艺;通过研究和借鉴,结合专家意见并进行模拟计算,设计和优化氯硅烷精馏工艺;简化流程,降低能耗,减少精制三氯氢硅中的杂质,从而提高多晶硅产品的品质。     

吸附——蒸馏过程中不平衡定态间的耦合分析

现有的关于吸附蒸馏过程的理论研究中,均以热力学平衡级模型进行传质分析,未考虑吸附剂细粉加入后对气液界面传质速率的影响。本文利用非平衡热力学原理,对吸附蒸馏过程中各个热力学传输流之间的耦合进行了理论分析。     

Operations optimization and control design for a petroleum distillation process

Process automation involves both steady-state optimization and feedback control. In this paper, the economic optimum steady-state operating conditions for a petroleum crude distillation process are determined using a tray-to-tray model. This model is used to evaluate the steady-state operation achieved with several multivariable process control designs. Only one controller design was found to result in essentially optimum steady-state operation; others deviated significantly. The method applied in this paper relies on a knowledge of the key disturbances occurring in the process; good economic performance may not be obtained should other disturbance types occur. The results demonstrate the importance of implementing the operations optimization through a control strategy which will respond properly to disturbances.     

乙二醇脱水和精制系统先进控制与优化

在对过程机理深入分析的基础上,通过推断控制、解耦控制、专家控制等先进控制策略的开发和实施,解决了乙二醇脱水和精制系统存在的具体问题,并根据所建立的准确工业过程模型进行了操作条件优化。表明了先进控制和优化技术的实施显著提高了乙二醇脱水和精制系统操作的稳定性,有效降低系统能耗并延长了运转周期。