特殊精馏分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化与控制

摘要

乙酸乙酯和乙腈是化工工业和制药工业中用途广泛的化工原料和良好的有机溶剂。本文利用特殊精馏法对乙酸乙酯-乙腈共沸物系进行分离。利用化工流程软件Aspen Plus及Aspen Dynamics对该物系的工艺流程分别进行优化设计及动态控制研究。最终实现该物系分离的严格经济优化及稳健的动态控制。
　　首先提出常规双塔萃取精馏分离法对乙酸乙酯-乙腈共沸物系进行分离，以最低年度总费用TAC（Total Annual Cost）为目标函数，设计并优化工艺流程，获得最佳工艺流程参数，进而开始动态控制的研究。首先提出了固定回流比的基本控制结构，对其进行流量和组成的扰动，扰动结果存在乙腈产品纯度波动过大，再沸器热负荷的响应速度较慢等问题，进而提出改进的回流量与进料量（R/Fn）及再沸器热负荷与进料量（QR/Fn）比例控制的动态控制方案，该方案在对产品纯度控制方面有明显优势，最终实现了动态的稳健控制。
　　由于常规双塔萃取精馏工艺能耗较高，而隔壁塔的节能优势明显，所以将其引入萃取精馏中，探究该物系分离的萃取精馏隔壁塔的稳态工艺流程及其动态控制。首先建立热力学等价双塔段模型的萃取精馏隔壁塔的分离方案，对其进行工艺优化，与常规萃取精馏流程比较，其TAC减少约19.7％。但由于热力学等价双塔段模型的分离方案存在气相分配比不易调节的缺陷，不易对其进行更灵活的动态控制研究，因此在热力学等价双塔段模型的基础上建立了热力学等价三塔段模型的萃取精馏隔壁塔分离方案。在稳态模拟优化基础上对其进行动态控制研究，首先建立带有气相分配比的控制结构，进行流量和组成扰动。结果显示乙酸乙酯和乙腈产品纯度较低，所以在此基础上进一步改进，固定回流比改为带有回流量和采出量（R/Vn）前馈比例控制，添加组成控制器CC2，与气相分配比构成串级，进行扰动，结果显示两产品纯度偏差减小，但仍达不到分离要求。对其进一步改进，在温度控制器基础上，添加 QR/F比例控制，最终控制结构对进料流量和组成的扰动都能实现稳健处理。
　　本文对乙酸乙酯-乙腈共沸物系分离的稳态及动态控制研究将对采用特殊精馏法分离二元共沸物系的实际工业设计及生产控制提供一定的理论依据。

目录

符号说明

前言

1 文献综述

1.1课题的研究背景

1.2 共沸物形成机理

1.3特殊精馏分离法

1.4 隔壁塔研究进展

1.5 精馏的动态控制研究

1.6 本课题的研究内容和意义

2 萃取精馏分离乙酸乙酯-乙腈工艺的优化设计及动态控制

2.1物性方法的选择

2.2萃取剂的选择

2.3剩余曲线 ( RCM )

2.4萃取精馏工艺流程设计

2.5过程经济优化

2.6动态控制方案

2.7控制结构的扰动效果对比

2.8本章小结

3 萃取精馏隔壁塔热力学等价双塔段模型分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的优化设计

3.1萃取精馏隔壁塔热力学等价双塔段模型工艺流程

3.2萃取精馏隔壁塔热力学等价双塔段模型灵敏度分析

3.3不同进料组成的萃取精馏隔壁塔

3.4萃取精馏隔壁塔热力学等价双塔段模型全局经济优化

3.5常规萃取精馏与新型萃取精馏隔壁塔经济对比

3.6本章小结

4 萃取精馏隔壁塔热力学等价三塔段模型分离乙酸乙酯-乙腈共沸物系的动态控制研究

4.1萃取精馏隔壁塔热力学等价三塔段模型的建立

4.2萃取精馏隔壁塔动态控制方案

4.3本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

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