乙醇-氯仿/正庚烷共沸物的变压精馏分离工艺与动态特性

摘要

本文根据乙醇-氯仿/正庚烷二元共沸体系的压敏特性，利用Aspen Plus和Aspen Plus Dynamics完成变压精馏分离乙醇-氯仿/正庚烷二元共沸体系的稳态和动态模拟。采用以年度总费用(TAC)最小为目标函数的优化方法，确定不同热集成工艺的最优稳态操作参数;通过对乙醇-氯仿/正庚烷二元共沸体系变压精馏分离工艺动态特性的分析确定了抗扰动能力强的控制方案。
　　对于进料组成为90％氯仿的乙醇-氯仿二元共沸体系，在分析压力对共沸特性影响的基础上，确定了分离该体系的高压塔最优配置参数:精馏序列为HP-LP;两塔操作压力组合为13atm-1atm;确定无热集成、部分热集成、完全热集成工艺的最小TAC分别为140，807.22$/y、130，955.75$/y、111，067.775$/y。对于进料组成为30％正庚烷的乙醇-正庚烷二元共沸体系，通过序贯迭代法确定最佳精馏序列为LP-HP，两塔最优操作压力组合为10atm-0.5atm，对于不同热集成工艺的变压精馏过程，部分热集成工艺的TAC最小。
　　基于乙醇-氯仿、乙醇-正庚烷体系的稳态最优工艺参数，研究了不同热集成方式的动态控制。对于乙醇-氯仿二元共沸体系，无热集成/部分热集成工艺的组成/温度串级的控制结构可以实现稳健的控制;对于完全热集成采用压力-补偿温度控制结构可以解决因自由度减少而导致控制难度增加的问题。对于乙醇-正庚烷体系，部分热集成工艺中使用比例改进控制结构可以有效处理±20％的进料流率和组成扰动;完全热集成工艺由于高度耦合作用，前塔扰动容易传递到后塔，影响控制方案的抗扰动能力，压力-补偿温度控制结构对控制自由度减小的热集成工艺具有优势。
　　本文提供了变压精馏分离乙醇-氯仿、乙醇-正庚烷二元共沸体系的方法和动态控制方案，对类似二元共沸体系的稳态优化和动态特性有一定的参考价值与指导作用。

目录

摘要

符号说明

1 文献综述

1．1 课题研究的背景

1．2 共沸体系分离方法的研究

1．2．1 共沸物及形成机理

1．2．2 共沸物分离方法

1．3 热集成变压精馏

1．4 动态控制

1．5 本课题的研究内容和意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

2 变压精馏配置及经济核算模型

2．1 物性模型的确定

2．2 经济费用模型

2．3 操作压力的确定

2．3．1 乙醇-氯仿二元共沸体系的压敏特性与变压精馏工艺操作压力

2．3．2 乙醇-正庚烷体系的压敏特性与变压精馏工艺操作压力

2．4 精馏序列的确定

2．4．1 乙醇-氯仿精馏序列的确定

2．4．2 乙醇-正庚烷精馏序列的确定

2．5 本章小结

3 基于序贯迭代法的变压精馏优化

3．1 乙醇-氯仿二元共沸体系

3．1．1 基本工艺条件

3．1．2 模拟工艺流程

3．1．3 设计规定及灵敏度分析

3．1．4 序贯迭代优化过程

3．1．5 无热集成优化

3．1．6 部分热集成优化

3．1．7 完全热集成优化

3．2 乙醇-正庚烷体系

3．2．1 基本工艺条件

3．2．2 序贯迭代优化过程

3．2．3 无热集成优化

3．2．4 部分热集成优化

3．2．5 完全热集成优化

3．3 本章小结

4 动态特性与控制方案

4．1 动态控制的配置

4．1．1 设备尺寸

4．1．2 设计规定

4．1．3 灵敏板判据

4．2 调谐方法的确定

4．3 乙醇-氯仿二元共沸体系的动态控制

4．3．1 无热集成工艺

4．3．2 部分热集成工艺

4．3．3 完全热集成工艺

4．4 乙醇-正庚烷体系的动态特性研究

4．4．1 部分热集成工艺

4．4．2 完全热集成工艺

4．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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