基于隔壁塔分离丙酮—乙醇—水体系的优化及控制分析

发布时间：2017-10-15 04:12

  本文关键词：基于隔壁塔分离丙酮—乙醇—水体系的优化及控制分析

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【摘要】：当今社会,人们对化工节能的意识日益增强,对化工分离过程强化节能及工艺集成节能方面的研究也越来越多。精馏分离过程是典型的高能耗过程,其多输入多输出的特点及参数之间的相互作用使得精馏系统整体优化困难;而隔壁塔技术作为新型高效精馏分离设备,较难得到比较好的控制方案。本文针对丙酮、乙醇、丁醇发酵醪液分离后期的丙酮-乙醇塔系统,利用隔壁塔替代原有的丙酮塔和乙醇塔,搭建隔壁塔新工艺,并对新工艺进行了节能优化与控制研究。原有工艺条件为:丙酮塔实际板数折合成理论板数为75块,乙醇塔实际板数折合成理论板数为70块;原始物料组成为乙醇21.8%(质量分数,下同)、丙酮75%和水3.2%。利用流程模拟软件对原工艺进行了稳态模拟,并根据模拟结果搭建了隔壁塔新工艺。利用响应面优化法,对隔壁塔新工艺进行了整体优化。选定好最优的液相分配比和气相分配比后,以T1理论板数、T2理论板数、T3理论板数、T4理论板数和T1进料位置为参变量,建立了塔釜能耗与参变量之间的数学模型。对原有工艺及隔壁塔新工艺进行了全年总费用计算与对比,并进行了设备核算及选型。经对比,新工艺的年度总费用节约41.10%,在冷公用工程和热公用工程上分别节约能耗40.29%和52.21%。对隔壁塔新工艺进行了动态模拟,搭建出一种较适宜的控制方案,通过添加进料量和进料组成的扰动的模拟结果可知,该方案能够在很短的时间内使系统恢复,综合性能较好。
【关键词】：隔壁塔 控制方案 响应面 全年总费用
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ028.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACTS5-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 隔壁塔的介绍10-12
• 1.2 DWC的设计12-16
• 1.2.1 DWC的设计规则12-13
• 1.2.2 DWC设计的启发式规则13-14
• 1.2.3 近似设计方法14
• 1.2.4 Vmin图方法14-15
• 1.2.5 DWC的最佳设计15-16
• 1.2.6 设计指南和规则16
• 1.3 DWC的优化方法16-17
• 1.4 国内外DWC控制结构的发展历程17-24
• 1.4.1 三点控制结构17-18
• 1.4.2 合理配对的三点控制结构18
• 1.4.3 四点控制结构18
• 1.4.4 嵌套回路的三点控制结构18-19
• 1.4.5 液相分配在预分馏塔子系统的控制性能19-20
• 1.4.6 基于推理温度测量的控制结构20-22
• 1.4.7 避免频繁测量扰动的前馈控制22
• 1.4.8 先进控制技术22-24
• 1.4.9 国内隔壁塔控制历程的发展24
• 1.5 本文的工作内容24-26
• 第二章 发酵醪液后续过程分离丙酮-乙醇-水的工艺26-30
• 2.1 物性分析26
• 2.2 热力学方程的选取26-27
• 2.3 工艺流程27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 丙酮、乙醇、水体系分离的隔壁塔流程设计30-36
• 3.1 流程简介30-31
• 3.2 气、液相分配比的优化31-32
• 3.3 中心组合设计32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 基于响应面的流程优化36-44
• 4.1 响应面方法36-38
• 4.1.1 响应面的原理36-37
• 4.1.2 响应面函数的检验37-38
• 4.2 基于响应面的T3塔釜能耗的数学模型38-42
• 4.3 基于响应面建模的优化结果42
• 4.4 本章小结42-44
• 第五章 两种流程的设备核算44-50
• 5.1 塔器设备的核算44
• 5.2 换热器的设计与核算44
• 5.3 设备费用及安装成本的估计44-47
• 5.3.1 容器和塔体的经济计算45-46
• 5.3.2 塔板的经济计算46
• 5.3.3 换热器（管壳式）的经济计算46
• 5.3.4 公用工程和能量成本的经济计算46-47
• 5.3.5 化学试剂的费用47
• 5.4 计算结果47-48
• 5.5 本章小结48-50
• 第六章 隔壁塔的控制方案50-70
• 6.1 稳态模拟转入动态模拟50-51
• 6.2 控制方案的设计51-53
• 6.3 控制方案的仿真53-68
• 6.3.1 进料量的扰动53-59
• 6.3.2 进料组成的扰动59-68
• 6.4 本章小结68-70
• 第七章 结论70-72
• 参考文献72-80
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 肖武;李明月;阮雪华;贺高红;都健;;响应面法优化一水硫酸氢钠流化催化精馏生产乙酸乙酯工艺条件[J];化工学报;2014年11期

2 龚红升;胡文斌;廖列文;罗泽保;张素梅;尹国强;;响应面法优化合成1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷[J];化工学报;2013年10期

3 李军;王纯正;马占华;孙兰义;;隔壁塔用于苯、甲苯、二甲苯分离的控制[J];化工进展;2013年04期

4 朱俊任;郑怀礼;张智;蒋贞贞;关庆庆;谭铭卓;戴力;陈伟;;响应面法优化制备PAFS-CPAM复合混凝剂及其表征[J];化工学报;2012年12期

5 黄智贤;邱挺;吴燕翔;;分隔精馏塔分离烷烃混合物的模拟[J];计算机与应用化学;2009年11期

6 孙兰义;张月明;周辉;杨德连;李军;李青松;;反应精馏隔壁塔水解醋酸甲酯的控制研究[J];石油化工;2009年11期

7 童洋;肖国民;潘晓梅;;响应面法优化螺旋藻中叶绿素的超声提取工艺[J];化工学报;2009年11期

8 王能强;吴坚平;邹小明;王普;杨立荣;;α-氯丙酸脱卤酶发酵培养基的响应面法优化[J];化工学报;2007年01期

9 陆燕;梅乐和;陆悦飞;盛清;姚善泾;;响应面法优化工程菌产细胞色素P450 BM-3的发酵条件[J];化工学报;2006年05期

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1 王洪海;基于统计学和解耦算法的丙酮—丁醇蒸馏系统优化研究[D];河北工业大学;2010年

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本文编号：1035009