双反应段反应精馏塔的控制与分析：碳酸二甲酯与乙醇的转酯反应

摘要

传统的反应精馏塔只有一个反应段作为反应发生的主要区域，大多数情况下能满足一般物系的反应蒸馏需求，且相比于带有反应器的序列精馏系统具有投资小、能耗低等过程强化优势。然而，只具有一个反应段的反应精馏塔(RDC-SRS)在应用于含有两个可逆反应且二者为连续进行的物系时常面临两者之间复杂的相互影响问题，这种相互影响会最终影响到系统性能的发挥。本课题组针对该问题提出了将具有两个反应段的反应精馏塔技术(RDC-DRS)应用于此类物系，该技术通过将两个反应分别设置于塔内的不同位置巧妙地缓解了反应与分离及反应与反应之间的强烈相互作用，且设计变量的增加为系统的综合与设计提供了更多的可能性，同时，系统所需能耗也有了显著的减小。然而，关于RDC-DRS的动态可控性则鲜有研究。为此，本文以经过两阶段连续可逆反应制备碳酸二乙酯(DEC)的过程为例，通过对RDC-DRS中操纵变量与被控变量的分析，提出了一种浓度控制策略，并将同样的控制策略应用到传统的RDC-SRS中，对两者的动态控制效果进行对比分析。该浓度控制策略设置了三个控制回路，塔底浓度控制回路用来保证主要产物碳酸二乙酯的质量指标，塔顶浓度控制回路用来维持反应物的转化率，塔中灵敏板浓度与进料流量组成的串级控制回路用来保证反应物之间的化学计量平衡。采用AspenDynamics模拟软件对RDC-DRS和RDC-SRS控制系统进行闭环仿真研究，结果表明，在对系统施加进料流量扰动和组分扰动时，同样的浓度控制策略下RDC-DRS控制系统均表现出了良好的抗干扰性，比RDC-SRS具有更优的动态特性，在其后的温度控制策略中得出了相同的结论。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究问题的提出

1．3 论文结构

第二章 反应精馏塔的研究与发展

2．1 反应精馏塔的模型化

2．2 反应精馏塔的综合与设计

2．3 反应精馏塔的动态特性与控制

2．4 反应精馏塔的应用与发展

2．5 本章小结

第三章 双反应段反应精馏塔原理与稳态特性分析

3．1 双反应段反应精馏塔的提出及作用原理

3．2 双反应段反应精馏塔制备碳酸二乙酯的稳态设计

3．3 双反应段反应精馏塔制备碳酸二乙酯的稳态特性分析

3．4 本章小结

第四章 双反应段反应精馏塔动态模型的建立与验证

4．1 双反应段反应精馏塔动态模型的建立

4．2 模型验证

4．3 本章小结

第五章 双反应段反应精馏塔的控制与动态特性分析

5．1 浓度控制策略的设计

5．1．1 过程变量分析

5．1．2 浓度灵敏板选择

5．1．3 输入输出变量配对分析

5．1．4 控制器设计

5．2 浓度控制策略下单双反应段反应精馏塔动态控制效果对比分析

5．3 温度控制策略的设计

5．3．1 过程变量分析

5．3．2 温度灵敏板选择

5．3．3 输入输出变量配对分析

5．3．4 控制器设计

5．4 温度控制策略下单双反应段反应精馏塔动态效果对比分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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