探析隔壁式反应精馏塔的模拟、优化及控制

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文隔壁式反应精馏塔的模拟、优化及控制姓名：杨德连申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：孙兰义;刘雪暖20090601摘要过程强化与集成是化学工程和过程技术的一个重要研究领域，其优点集中体现在设备和装置体积的减小，过程效率和安全性的提高，能量消耗和浪费的减少，最终带来较高的经济效益。反应精馏与隔壁精馏塔是过程强化与集成的重要应用，而反应精馏原理和隔壁塔原理结合起来，便构成了新型的隔壁式反应精馏塔。隔壁式反应精馏塔结合了隔壁塔与反应精馏的优势，是一项反应与分离同时进行、高度强化的复杂技术，可以进一步提高反应转化率和选择性、降低能耗、减少设备投资。国内外对此

2、项技术研究较少，因此是化工过程研究中较新的研究领域。本文针对隔壁式反应精馏塔，以乙酸甲酯水解为例，应用ASPENPLUS软件，阐述了其计算模型的建立过程，并通过此方法建立了隔壁式反应精馏塔的两塔模型及三塔模型，并由模拟结果阐述了隔壁式反应精馏塔比常规反应精馏塔热力学效率高的原因，分别对水酯进料比、气相分配比、塔底再沸器热负荷、塔顶及侧线抽出量、水酯进料位置、预分馏塔的结构进行了单变量分析，初步确定了各个变量的优化值，为隔壁式反应精馏塔的进一步优化提供了初值。以初步优化结果为基础，综合考虑操作条件与设备参数对年总费用(TAC)的影响，对该隔壁式反应精馏塔的经济指标进行分析。在保证产品纯度

3、要求以及乙酸甲酯转化率要求的条件下，按照一定优化步骤，以TAC最小为目标对其进行优化，获得了经济最优化操作条件与设备参数。以经济最优化结果为基础，分别以两塔模型与三塔模型，针对隔壁式反应精馏塔水解乙酸甲酯的流程进行控制策略的研究，应用三温度控制回路来间接控制产品质量以及反应物之间的化学反应计量平衡，由非方增益矩阵法D限G)与相对增益矩阵法(RGA)法确定温度灵敏塔板以及控制关系，应用继电反馈法以及Tyreus．Luyben整定规则计算得到PI控制参数。对系统加入两种扰动对该控制结构进行测试，结果表明三温度PI控制回路可以较好的控制隔壁式反应精馏塔，并获得了可行的控制方案。根据所提出的隔

4、壁式反应精馏塔流程的特点，将该流程进行了改进。所得新流程不但可以直接得到一定纯度的甲醇产品和乙酸产品，省去了后续提纯乙酸的过程，而且减少了废水的排放，进一步降低了过程的能耗。关键词：隔壁式反应精馏塔，ASPEN，乙酸甲酯水解，模拟，优化，控制Simulation，OptimizationandControlStudyofReactiveDividingWallColumnDelianYang(ChemicalEngineering)DirectedbyAssociateProf．LanyiSunandProf．XuenuanLiuAbstractTheprocessintensific

5、ationandintegrationaretheimportanttendencyinchemicalengineeringandprocesstechnology,whosemeritsmainlyfocusonreductionofequipmentsize，enhancementofprocessefficiencyandsecurity,reductionofenergyconsumptionandwaste，andfinallybringhighereconomicbenefits．Reactivedistillation(RD)anddividingwallcolumn(

6、DWC)istwokindsofimportantapplicationofprocessintensificationandintegrationtechnology,andthecombinationofRDandDWCformanewconfiguration，calledreactivedividingwallcolumn(RDWC)．TheRDWCisacomplextechnology,integratingthemeritsofRDandDWC，whichsimultaneouslycarriesonreactionandseparation，andthusfurther

7、improvesthereactiveconversionandselectivity,reducestheenergyconsumptionandequipmentinvestment．RDWCisanewresearchareainchemicalengineeringprocessresearch，sincethereisstillnotverymuchresearchinthisfielddomesticallyandforeignly