考虑冷凝器泄漏的精馏过程动态模拟与分析

摘要

化工过程大量使用易燃易爆或有毒性的化学品，且往往采用高温高压或低温真空的操作方式，所以装置必然存在着潜在的火灾、爆炸和中毒的危险。而精馏操作是化工生产中最重要的单元之一，因此，开展精馏过程的动态模拟对于实现精馏塔的安全控制及生产的稳定性等具有重要意义。本文针对精馏塔冷凝器泄漏动态行为进行模拟，以期为故障的及早发现和排除提供了依据，同时为精馏塔优化控制提供参考。主要研究内容如下:
　　1、通过多塔板联立的MESH方程，用换热器准确表达塔顶冷凝器和再沸器，建立了严格的精馏塔动态模型。实例研究表明:与文献中基本精馏塔模型相比，由于考虑了冷凝器和再沸器的动态性，本文所建立的严格模型的动态响应特征更加合理。
　　2、开展了精馏塔冷凝器泄漏的动态模拟。以甲醇-水体系为例，进行冷凝器泄漏过程动态模拟，采用常规的精馏塔控制方案，考察冷凝器泄漏时精馏塔内各个参数动态响应行为。结果表明:(1)当冷凝器发生内泄时，泄漏的冷却介质大部分从塔釜采出，部分从塔顶采出，导致塔顶甲醇质量分数下降，回流罐液位升高，回流量增加，再沸器负荷增加，塔内气相流量增大。(2)当冷凝器发生外泄时:塔釜组分被带到塔顶采出，塔釜流量减少，塔顶流量增大，塔顶采出难挥发组分比例增大造成塔顶甲醇质量分数下降。回流量减少，再沸器负荷下降，塔内气相流量减少，冷凝器负荷下降。
　　3、开展了反应精馏塔冷凝器泄漏的动态模拟。以乙酸、乙醇合成乙酸乙酯为例，应用建立的严格精馏塔模型对反应精馏塔冷凝器泄漏进行模拟，结果表明:
　　(1)反应精馏塔冷凝器发生内泄时:泄漏的冷却介质水引起塔顶采出、回流量、塔釜采出增大。分层器中难挥发组分增多，引起分层器液位升高，温度升高，分层器有机相中水的摩尔分数增大，乙酸乙酯的摩尔分数减小。分层器液位升高引起回流量增大，塔内液相流量增大，继而再沸器负荷增大，塔内气相流量增大，塔板压力升高。分层器有机相由塔顶采出，所以塔顶各组分变化趋势和分层器中各组分一致。泄漏引起反应段组分的转化率发生变化，乙酸、水的摩尔分数在下降，乙酸乙酯、乙醇的摩尔分数在升高。(2)反应精馏塔冷凝器发生外泄时:冷却介质流量减少引起冷凝器负荷减小。塔釜难挥发组分被带到塔顶采出，导致塔顶有机相中水的摩尔分数升高，乙酸乙酯的摩尔分数降低。回流量减少引起塔内液相流量减少，再沸器负荷降低，塔内气相流量减少。反应段中主要组分乙酸乙酯的摩尔分数下降，乙酸的摩尔分数分高。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 化工过程的特点及精馏塔的重要地位

1．1．1 化工生产的特点

1．1．2 精馏塔在化工过程中的重要性

1．2 故障诊断方法分类及简单介绍

1．2．1 故障诊断方法分类

1．2．2 基于动态模拟的故障诊断步骤

1．2．3 精馏塔的常见故障

1．3 动态模拟介绍

1．4 精馏过程介绍

1．4．1 精馏原理

1．4．2 精馏过程控制

1．4．3 精馏塔的干扰因素

1．4．4 精馏塔控制方案

1．4．5 精馏过程动态模拟研究进展

1．5 反应精馏的介绍

1．5．1 反应精馏原理

1．5．2 反应精馏过程控制

1．5．3 反应精馏过程动态模拟研究进展

1．6 课题研究背景及研究内容

2 精馏过程的动态建模

2．1 模拟软件Aspen介绍

2．1．1 Aspen Plus软件简介

2．1．2 Aspen Dynamic动态模拟软件的介绍

2．2 Aspen plus中设备模块及模型方程

2．3 模型的验证

2．4 小结

3 精馏塔冷凝器泄漏动态模拟与分析

3．1 精馏塔动态模型

3．1．1 严格模型精馏塔的动态建模

3．1．2 精馏塔的动态模拟流程

3．2 精馏塔的动态模拟及控制方案的选定

3．2．1 精馏塔的动态模拟

3．2．2 控制器模型方程的建立与整定

3．3 算例

3．4 模拟结果与分析

3．4．1 精馏塔冷凝器泄漏(内泄)模拟与分析

3．4．2 精馏塔冷凝器泄漏(外泄)模拟与分析

3．5 本章小结

4 反应精馏冷凝器泄漏模拟与分析

4．1 反应精馏塔的动态模型

4．1．1 反应精馏塔的动态建模

4．1．2 反应精馏塔的动态模拟流程

4．2 反应精馏塔的动态模拟及控制方案的选定

4．2．1 反应精馏塔的动态模拟

4．2．2 控制方案及参数整定

4．3 算例

4．3．1 物系的热力学性质

4．3．2 热力学模型的选择

4．3．3 反应动力学方程

4．3．4 过程模拟

4．4 模拟结果与分析

4．4．1 反应精馏塔冷凝器泄漏(内泄)模拟与分析

4．4．2 反应精馏塔冷凝器泄漏(外泄)模拟与分析

4．5 本章小结

5 结论

参考文献

附录

致谢

个人简历