过设计隔离壁精馏塔动态控制与性能分析

发布时间：2019-11-24 08:23

【摘要】：在化工生产过程中,复杂物系的分离是十分常见的,其中精馏过程作为最主要的分离手段是石化行业最常使用的一门工艺。然而精馏过程常常伴随着巨大的能量消耗,这导致其在实际生产过程中存在着诸多束缚。由于精馏过程能量消耗巨大,学者们以提高精馏设备热效率为目标,提出了多种方案改进精馏塔的设计结构与操作方式。其中隔离壁精馏塔(Dividing Wall Distillation Column:DWDC)设计方案的提出,为实现精馏过程热效率的提高做出了巨大的贡献。作为完全热耦合结构的DWDC不仅能够减少设备投资费用而且能够大幅度的降低能耗,这使得隔离壁精馏塔在化工生产过程中具有无可比拟的优势。然而实现隔离壁精馏塔热耦合的四股气液流为DWDC带来诸多优势的同时,也为DWDC的设计与操作带来了诸多的困难。当DWDC按照常规设计方式设计时,DWDC操作区域是受到严格限制的,即使是在极端操作条件下也无法大幅度提高三种产物的浓度.本课题组相关学者根据该问题的形成机理,在三年前提出了相应的解决措施,即过设计方案,通过有序改变DWDC内部塔板数目,扩大DWDC的操作区域,从稳态角度解决了 DWDC操作域受限的问题。但是研究仅停留在稳态基础上,并未对过设计方案的动态性能进行分析,而动态性能往往真正决定着化工设备在实际生产中的表现。为了填补过设计方案动态性能分析的空白,本文从分离三元理想物系,三元实际物系两大方面出发,对过设计方案进行动态性能评估。首先复现稳态研究过程中的设计结构,从而在该结构基础上获得动态模型。结合控制系统相关知识,在动态模型基础上完成控制回路搭建。最终,从开闭环动态性能两方面对过设计改良方案和初始设计方案进行比较分析。在完成多个分离案例分析比较之后,能够得出结论,过设计方案确实能够提高系统控制灵活性,改善DWDC动态性能。鉴于过设计方案同时具有扩展DWDC操作区域和提高DWDC动态性能的优点,过设计方案应被视为DWDC设计过程中避不开少的环节。
【图文】：

序列,侧线,热耦合精馏塔,提馏

——？Ｂ逡逑图１－２间接分离序列逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ｉｎｄｉｒｅｃｔ邋ｓｐｌｉｔ邋ｓｅｑｕｅｎｃｅ逡逑其特点是首先实现的是Ｃ组分的提纯，再对ＡＢ混合进行分离，最终获得Ａ组逡逑分与Ｂ组分。从以上两种典型的常规精馏序列中可以发现，常规精馏序列需要两个塔逡逑结构，两个再沸器，两个冷凝器，投资费用巨大，与此同时，能量为单方向流动利用逡逑率较低。如前文所述，为了改变这种情况，学者们采用了热耦合概念，提出了侧线提逡逑馏塔如图ｌ－３（ａ）与侧线精馏塔如图ｌ－３（ｂ）的改进结构。其中侧线提馏塔对应直接精馏逡逑序列，ＡＢ两种组分较难分离的情况下更为适用。而测线精馏塔则对应间接精馏序列，，逡逑其更适用于ＢＣ产物更难分离的场合。逡逑—＂ＡＢ逡逑？？邋＾逡逑逦＞邋Ｂ逦ＢＣ邋，Ｊ［逡逑逦？Ｃ逦逦？0逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－３热耦合精馏塔：（ａ）侧线提馏塔，（ｂ）侧线精馏塔逡逑Ｆｉｇ．１－３邋Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ邋ｃｏｕｐｌｅｄ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｃｏｌｕｍｎ：邋（ａ）邋ｓｉｄｅ邋ｓｔｒｉｐｐｅｒ

序列,分离序列,热耦合精馏塔,提馏

（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－３热耦合精馏塔：（ａ）侧线提馏塔，（ｂ）侧线精馏塔逡逑Ｆｉｇ．１－３邋Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ邋ｃｏｕｐｌｅｄ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｃｏｌｕｍｎ：邋（ａ）邋ｓｉｄｅ邋ｓｔｒｉｐｐｅｒ，邋（ｂ）邋ｓｉｄｅ邋ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ逡逑热耦合精馏塔相较于传统精馏序列减少了一个再沸器或者一个冷凝器。缺少再沸逡逑器时，由气态分离为提馏塔段提供能量。缺少冷凝器时，则由液态分离为精馏塔段提逡逑７逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ053.5

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