特殊精馏分离碳酸二甲酯-甲醇共沸物的工艺优化与控制策略

摘要

碳酸二甲酯（DMC）-甲醇常压下形成共沸物，采用普通精馏工艺不能得到高纯度产品。本文利用Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics软件，采用变压精馏和隔壁塔萃取精馏的方法对DMC-甲醇共沸物系实现有效分离。
　　对于变压精馏，以年度总费用(TAC)最小为目标进行经济优化，确定无热集成、部分热集成和完全热集成工艺的最小TAC分别为323,892.509$/y、259,093.925$/y、248,353.238$/y。针对不同热集成工艺中，低压塔温度分布均匀，灵敏板选择困难的问题，给出了一种简单有效的导斜率判据。在此基础上，研究了低压塔不同灵敏板对不同热集成工艺动态特性的影响。
　　动态分析结果表明：组成-温度串级控制策略可以有效的处理无热集成、部分热集成工艺的进料流量与组成扰动。无热集成工艺的最佳温度控制板为第31块或30块板，而部分热集成工艺的最佳温度控制板为第31块或10块板。对于完全热集成工艺，低压塔第29块塔板作为灵敏板的压力-补偿温度控制结构，使两塔产品的稳态余差较小，可以处理±20％的进料流量和组成扰动，实现稳健的动态控制。
　　对于隔壁塔萃取精馏(EDWC)，基于常规萃取精馏工艺的最优参数，利用三塔模型进行序贯迭代法优化，对应的最小TAC为189,944.75$/y。在动态控制系统中，通过导斜率判据选择出主塔的温度控制板，并研究了温度控制板与控制结构的动态可控性关系。结果表明：当主塔的灵敏板为第12块塔板时，带气相分配比的控制结构能有效处理进料扰动。而当灵敏板为第5块塔板时，无气相分配比控制策略也能紧紧维持产品的纯度。由于调节气相分配比在实际工业生产中极为困难，因此选择主塔灵敏板为第5块塔板的无气相分配比控制结构为EDWC的最佳控制方案。

目录

符号说明

1文献综述

1.1课题的研究背景

1.2共沸物分离技术

1.3精馏过程强化

1.4动态控制

1.5课题的研究内容和意义

2变压精馏配置与经济优化

2.1物性模型的确定

2.2碳酸二甲酯-甲醇共沸体系的压力敏感性

2.3变压精馏工艺设计

2.4变压精馏工艺优化

2.5本章小结

3变压精馏动态控制策略

3.1动态基本配置

3.2无热集成工艺

3.3部分热集成工艺

3.4完全热集成工艺

3.5本章小结

4隔壁塔萃取精馏的稳态工艺与控制研究

4.1常规萃取精馏

4.2隔壁塔萃取精馏

4.3两种工艺过程的经济性比较

4.4动态控制与分析

4.5本章小结

结 论 与 展 望

参考文献

附录

致谢

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