考虑冷凝器泄漏的精馏过程动态模拟与分析

发布时间：2017-03-25 13:07

  本文关键词：考虑冷凝器泄漏的精馏过程动态模拟与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：化工过程大量使用易燃易爆或有毒性的化学品,且往往采用高温高压或低温真空的操作方式,所以装置必然存在着潜在的火灾、爆炸和中毒的危险。而精馏操作是化工生产中最重要的单元之一,因此,开展精馏过程的动态模拟对于实现精馏塔的安全控制及生产的稳定性等具有重要意义。本文针对精馏塔冷凝器泄漏动态行为进行模拟,以期为故障的及早发现和排除提供了依据,同时为精馏塔优化控制提供参考。主要研究内容如下：1、通过多塔板联立的MESH方程,用换热器准确表达塔顶冷凝器和再沸器,建立了严格的精馏塔动态模型。实例研究表明：与文献中基本精馏塔模型相比,由于考虑了冷凝器和再沸器的动态性,本文所建立的严格模型的动态响应特征更加合理。2、开展了精馏塔冷凝器泄漏的动态模拟。以甲醇-水体系为例,进行冷凝器泄漏过程动态模拟,采用常规的精馏塔控制方案,考察冷凝器泄漏时精馏塔内各个参数动态响应行为。结果表明：(1)当冷凝器发生内泄时,泄漏的冷却介质大部分从塔釜采出,部分从塔顶采出,导致塔顶甲醇质量分数下降,回流罐液位升高,回流量增加,再沸器负荷增加,塔内气相流量增大。(2)当冷凝器发生外泄时：塔釜组分被带到塔顶采出,塔釜流量减少,塔顶流量增大,塔顶采出难挥发组分比例增大造成塔顶甲醇质量分数下降。回流量减少,再沸器负荷下降,塔内气相流量减少,冷凝器负荷下降。3、开展了反应精馏塔冷凝器泄漏的动态模拟。以乙酸、乙醇合成乙酸乙酯为例,应用建立的严格精馏塔模型对反应精馏塔冷凝器泄漏进行模拟,结果表明：(1)反应精馏塔冷凝器发生内泄时：泄漏的冷却介质水引起塔顶采出、回流量、塔釜采出增大。分层器中难挥发组分增多,引起分层器液位升高,温度升高,分层器有机相中水的摩尔分数增大,乙酸乙酯的摩尔分数减小。分层器液位升高引起回流量增大,塔内液相流量增大,继而再沸器负荷增大,塔内气相流量增大,塔板压力升高。分层器有机相由塔顶采出,所以塔顶各组分变化趋势和分层器中各组分一致。泄漏引起反应段组分的转化率发生变化,乙酸、水的摩尔分数在下降,乙酸乙酯、乙醇的摩尔分数在升高。(2)反应精馏塔冷凝器发生外泄时：冷却介质流量减少引起冷凝器负荷减小。塔釜难挥发组分被带到塔顶采出,导致塔顶有机相中水的摩尔分数升高,乙酸乙酯的摩尔分数降低。回流量减少引起塔内液相流量减少,再沸器负荷降低,塔内气相流量减少。反应段中主要组分乙酸乙酯的摩尔分数下降,乙酸的摩尔分数分高。
【关键词】：动态模拟 严格精馏模型 冷凝器泄漏 精馏塔 反应精馏塔
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ225.24;TQ028.31
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 文献综述11-28
• 1.1 化工过程的特点及精馏塔的重要地位11-12
• 1.1.1 化工生产的特点11-12
• 1.1.2 精馏塔在化工过程中的重要性12
• 1.2 故障诊断方法分类及简单介绍12-16
• 1.2.1 故障诊断方法分类12-14
• 1.2.2 基于动态模拟的故障诊断步骤14
• 1.2.3 精馏塔的常见故障14-16
• 1.3 动态模拟介绍16-18
• 1.4 精馏过程介绍18-23
• 1.4.1 精馏原理18-19
• 1.4.2 精馏过程控制19-20
• 1.4.3 精馏塔的干扰因素20-21
• 1.4.4 精馏塔控制方案21-23
• 1.4.5 精馏过程动态模拟研究进展23
• 1.5 反应精馏的介绍23-26
• 1.5.1 反应精馏原理23-24
• 1.5.2 反应精馏过程控制24-26
• 1.5.3 反应精馏过程动态模拟研究进展26
• 1.6 课题研究背景及研究内容26-28
• 2 精馏过程的动态建模28-36
• 2.1 模拟软件Aspen介绍28
• 2.1.1 Aspen Plus软件简介28
• 2.1.2 Aspen Dynamic动态模拟软件的介绍28
• 2.2 Aspen plus中设备模块及模型方程28-33
• 2.3 模型的验证33-35
• 2.4 小结35-36
• 3 精馏塔冷凝器泄漏动态模拟与分析36-52
• 3.1 精馏塔动态模型36-40
• 3.1.1 严格模型精馏塔的动态建模36-39
• 3.1.2 精馏塔的动态模拟流程39-40
• 3.2 精馏塔的动态模拟及控制方案的选定40-42
• 3.2.1 精馏塔的动态模拟40
• 3.2.2 控制器模型方程的建立与整定40-42
• 3.3 算例42-43
• 3.4 模拟结果与分析43-51
• 3.4.1 精馏塔冷凝器泄漏(内泄)模拟与分析43-47
• 3.4.2 精馏塔冷凝器泄漏(外泄)模拟与分析47-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 反应精馏冷凝器泄漏模拟与分析52-73
• 4.1 反应精馏塔的动态模型52-55
• 4.1.1 反应精馏塔的动态建模52-54
• 4.1.2 反应精馏塔的动态模拟流程54-55
• 4.2 反应精馏塔的动态模拟及控制方案的选定55
• 4.2.1 反应精馏塔的动态模拟55
• 4.2.2 控制方案及参数整定55
• 4.3 算例55-59
• 4.3.1 物系的热力学性质55-56
• 4.3.2 热力学模型的选择56-58
• 4.3.3 反应动力学方程58
• 4.3.4 过程模拟58-59
• 4.4 模拟结果与分析59-71
• 4.4.1 反应精馏塔冷凝器泄漏(内泄)模拟与分析59-66
• 4.4.2 反应精馏塔冷凝器泄漏(外泄)模拟与分析66-71
• 4.5 本章小结71-73
• 5 结论73-74
• 参考文献74-78
• 附录78-79
• 致谢79-80
• 个人简历80

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