再沸器液位控制对全回热反应蒸馏塔操作的特殊影响

摘要

上世纪六十年代，随着工业的发展和人类对生活环境认识的提高，节省物质能源和能量能源，减少废弃物和环境有害物逐渐成为工业生产过程中一个重要的目标，反应蒸馏所具有的过程强化技术就是其化工生产过程中重要的一环，于是反应蒸馏塔应运而生。反应蒸馏的作用是把反应过程和分离过程集中到同一个化工装置里，这样做既可以很大程度减少化工过程的设备投资费用，也可以很大程度降低在化工操作过程中损耗的能源，同时还能够把反应物反应过程的转化效率以及生产效率提升很多。反应蒸馏过程中，能够有效抑制副产物或过渡产品的产生从而可以把对环境的损害降到最低。由上所知过程强化在反应蒸馏的整个过程中所具备的重要性从而成为人们研究的一个重要方向。
　　 从反应蒸馏塔的操作类型来说，我们可以把反应蒸馏塔分为三种，即全回热反应蒸馏塔，全回流反应蒸馏塔以及普通常规两端出料反应蒸馏塔。虽然普通常规两端出料反应蒸馏塔的发展和探索已经有几十年历史，但是甚少有人研究全回热反应蒸馏塔或者全回流反应蒸馏塔。在本文中，我们主要研究全回热反应蒸馏塔，及其特殊的拓扑结构以及塔内反应操作和分离操作之间错综复杂的相互作用从而导致的特别动态特性，还有全回热反应蒸馏操作过程中遇到的一些控制问题。
　　 全回热反应蒸馏塔没有提馏段，由于反应操作和分离操作之间错综复杂的相互作用，并且再沸器与反应段直接相接，这就会对全回热反应蒸馏塔操作的动态特性有很大的影响，主要表现在全回热反应蒸馏塔所产生的欠阻尼响应上。然而，通过对再沸器液位的严格控制，这种欠阻尼响应会得到很好的抑制，从而对全回热反应蒸馏塔的动态性能的改善和可控制性的提高都会产生很大的帮助。
　　 此文中通过研究一个理想反应蒸馏塔和一个实际1，4-丁二醇分解反应的反应蒸馏塔，全面解析全回热反应蒸馏塔内反应操作与分离操作二者之间的错综复杂的相互作用，并且独创性地发现了全回热反应蒸馏塔内独特的动态特性，这也为全回热反应蒸馏塔控制问题的深一层研究起到了作用。
　　 综上结果说明，全回热反应蒸馏塔内反应操作和分离操作二者之间错综复杂的相互作用以及两者之间巨大的动态性能差异是产生全回热反应蒸馏塔特殊动态特性的最直截的原因，并因此提高了全回热反应蒸馏塔过程的控制难度。通过对再沸器液位的严格控制，反应操作和分离操作这二者之间巨大的动态特性差异将得到降低，从而使得全回热反应蒸馏塔的动态性能和可控制性将得到很大的提升。本文表明了特殊的欠阻尼特性通常是全回热反应蒸馏塔所特有的，并且需要严格的再沸器液位控制采使控制系统的综合与设计变得容易。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义和目的

1．3 研究内容

第二章 反应蒸馏塔的研究概况

2．1 反应蒸馏塔的发展历史

2．2 反应蒸馏塔的工业应用

2．3 反应蒸馏塔系统的综合与设计

2．4 反应蒸馏塔系统的控制与优化

2．5 本章小结

第三章 全回热反应蒸馏塔的独特动态特性及液位控制的特点

3．1 全回热操作和常规部分回热操作的对比

3．2 全回热反应蒸馏塔独特动态特性的分析

3．3 再沸器液位控制对全回热反应蒸馏塔控制的影响

3．4 本章小结

第四章 理想全回热反应蒸馏塔的动态特性及控制

4．1 理想全回热反应蒸馏体系的过程描述

4．2 理想全回热反应蒸馏塔稳态和动态模型的建立

4．2．1 稳态数学模型

4．2．2 动态数学模型

4．3 理想全回热反应蒸馏塔的开环特性分析

4．4 理想全回热反应蒸馏塔的控制系统设计及闭环控制效果

4．5 本章小结

第五章 全回热1，4-丁二醇分解反应蒸馏塔的动态特性及控制

5．1 全回热1，4-丁二醇分解反应蒸馏塔的过程描述

5．2 全回热1，4-丁二醇分解反应蒸馏塔的数学模型建立

5．2．1 稳态数学模型

5．2．2 动态数学模型

5．3 全回热1，4-丁二醇分解反应蒸馏塔的开环特性分析

5．4 全回热1，4-丁二醇分解反应蒸馏塔控制系统的综合设计及闭环控制效果

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

研究成果及发表的学术论文

导师与作者简介