特殊精馏分离乙腈—正丙醇共沸物系的工艺设计与控制研究

发布时间：2017-10-04 03:32

  本文关键词：特殊精馏分离乙腈—正丙醇共沸物系的工艺设计与控制研究

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【摘要】：乙腈-正丙醇常压下形成共沸物系,普通精馏工艺难以达到分离要求分离。本文利用化工流程模拟软件Aspen Plus和Aspen Dynamics,以全年经济总费用(TAC)最低为目标函数,设计并优化了双塔萃取精馏(EDC)、萃取精馏隔壁塔(EDWDC)和变压精馏(PSD)的特殊精馏工艺分离流程并得到三种工艺下的最优设备参数。对最优工艺流程进行控制分析,得出最有效的控制方案。双塔萃取精馏采用序贯迭代优化搜索法,得出最佳的工艺设备参数。根据基础控制方案表现出的产品纯度和温度恢复周期长,偏差大,灵敏性低等问题提出再沸器负荷与进料量(QR/F)和回流量与进料量(R/F)的比例控制,实现了塔顶乙腈和正丙醇产品纯度的稳定,但两塔的温度波动较大。之后提出了协同温度控制萃取剂回收塔灵敏板温度和压力补偿温度控制萃取精馏塔灵敏板温度的方案,实现了萃取精馏精馏塔温度的稳定控制。萃取精馏隔壁塔(EDWC)在双塔萃取精馏的基础上,提出了双循环迭代优化搜索法。针对控制研究采用组成控制方案,乙腈纯度稳定,正丙醇纯度和主塔温度偏差较大。据此提出了侧线采出量与再沸器负荷比值的(VR/QR)前馈方案,以侧线轻组分纯度调节VR/QR比值,对侧线采出的杂质和塔顶产品纯度实现了有效的控制。最后根据主塔温度的偏差,提出温度组成串级控制方案,实现了隔壁塔的温度、纯度稳定的控制效果。依据共沸物的压力敏感性提出了变压精馏工艺的可行性,采用“逐级递进”的序贯搜索法,分析了部分热集成的节能优势,相比无热集成变压精馏降低了13.2%。根据基础控制的缺陷提出了辅助再沸器与负荷比值的(Qx/F)的前馈控制,实现了塔底产品采出以及乙腈纯度的有效控制。依据塔压浮动及正丙醇产品纯度偏差,提出了压力补偿及温度组成串级控制方案,实现了温度的平稳恢复和正丙醇产品纯度的稳定控制。以双塔萃取精馏工艺为基础,萃取精馏隔壁塔TAC降低了7.94%,部分热集成变压精馏降低了28.9%。对比控制方案,变压精馏塔出现了压力浮动,恢复周期长等特点;萃取精馏隔壁塔的组成控制表现出一定的偏差和滞后性;双塔萃取精馏恢复周期短,易控制,温度与组成响应速度快,实现了最佳的控制效果。
【关键词】：共沸物分离 萃取精馏 隔壁塔 变压精馏 设计与控制
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ028.31
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 前言9-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 课题的研究背景11
• 1.2 共沸物分离技术及精馏控制分析11-14
• 1.2.1 共沸物形成机理11-12
• 1.2.2 精馏控制原理12-13
• 1.2.3 精馏塔被控变量分析13-14
• 1.3 特殊精馏法14-19
• 1.3.1 萃取精馏14-16
• 1.3.2 共沸精馏16-17
• 1.3.3 变压精馏17-19
• 1.3.4 其它特殊精馏分离方法19
• 1.4 精馏过程的节能19-21
• 1.5 精馏动态控制与分析21-22
• 1.6 本课题的研究内容和意义22-25
• 1.6.1 研究内容22-23
• 1.6.2 研究意义23-25
• 2 萃取精馏分离乙腈-正丙醇物系的设计优化与控制分析25-59
• 2.1 流程设计25
• 2.2 物性方法选择及萃取剂分析25-28
• 2.3 萃取剂选择28-30
• 2.4 剩余曲线30
• 2.5 过程经济优化30-36
• 2.5.1 流程设计规定30-31
• 2.5.2 萃取剂回收塔压力选择31
• 2.5.3 经济优化31-33
• 2.5.4 过程优化方法（序贯迭代搜索法）33
• 2.5.5 最优工艺参数33-36
• 2.6 动态控制与分析36-57
• 2.6.1 温度灵敏板选择37-39
• 2.6.2 固定回流比的控制结构（CS1.1）39-44
• 2.6.3 带有比例控制的控制结构(CS1.2)44-49
• 2.6.4 改进的温度控制结构(CS1.3)49-51
• 2.6.5 压力补偿温度控制结构(CS1.4)51-57
• 2.7 小结57-59
• 3 萃取精馏隔壁塔分离乙腈-正丙醇共沸物系设计优化与控制研究59-85
• 3.1 萃取精馏隔壁塔流程分析59-60
• 3.2 萃取精馏隔壁塔的优化60-64
• 3.2.1 萃取剂流率S及回流比的影响。60-62
• 3.2.2 侧线采出值VR的影响62-64
• 3.3 全局经济优化64-66
• 3.4 优化结果66-68
• 3.5 隔壁塔动态控制分析与研究68-83
• 3.5.1 带有组成控制的隔壁塔控制方案（CS2.1）69-73
• 3.5.2 带有VR/QR的改进控制结构（CS2.2）73-76
• 3.5.3 温度组成串级控制方案（CS2.3）76-83
• 3.6 小结83-85
• 4 变压精馏分离乙腈-正丙醇共沸物系设计优化与控制研究85-105
• 4.1 变压精馏可行性分析85
• 4.2 变压精馏的压力选择85-86
• 4.3 变压精馏流程分析86-87
• 4.4 变压精馏工艺全局经济优化87-92
• 4.4.1 无热集成变压精馏经济优化87-90
• 4.4.2 热集成变压精馏经济优化与分析90-92
• 4.5 ED、EDWC、PSD 稳态工艺流程对比92-93
• 4.6 变压精馏控制方案研究93-104
• 4.6.1 带有QR/F前馈控制的部分热集成变压精馏控制方案（CS3.1）94-99
• 4.6.2 带有压力补偿温度控制的部分热集成变压精馏控制方案（CS3.2）99-104
• 4.7 小结104-105
• 结论105-106
• 展望106-107
• 参考文献107-113
• 附录113-115
• 致谢115-117
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录117-119

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 湛世辉;王_g斐;冯霄;;苯乙烯装置塔系热集成[J];化工进展;2015年06期

2 赵含雪;白鹏;高瑞昶;李莹;李帅荣;;萃取精馏分离乙腈-正丙醇的研究[J];化学工业与工程;2014年06期

3 杨德明;杜鹏;叶梦飞;高晓新;;加盐萃取-精馏耦合分离甲醇-甲苯的工艺研究[J];化学工程;2014年05期

4 曾红;姚舜;刘其松;朱堂峰;宋航;;乙腈-正丙醇-N,N-二甲基甲酰胺体系的等压汽液平衡[J];高校化学工程学报;2011年03期

5 何玉平,蒋安元;加盐萃取精馏法分离乙腈和正丙醇的混合物[J];邵阳学院学报(自然科学版);2005年02期

6 王秀丽,孙伟,宋海华;萃取精馏溶剂的模糊综合评判[J];天津大学学报;2003年04期

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1 李莹;萃取精馏分离乙腈—正丙醇二元共沸物[D];天津大学;2012年

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本文编号：968422