醋酸戊酯是一種重要的化工原料,在化工、醫(yī)藥、香料等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用中占有重要地位。目前,隨著醋酸戊酯合成方法和新型催化劑的不斷研究和發(fā)展,醋酸戊酯合成已經(jīng)由傳統(tǒng)的多段連續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M(jìn)的反應(yīng)精餾工藝生產(chǎn)流程,且該方法得到了廣泛的研究與應(yīng)用。近年來(lái),能源價(jià)格不斷上升,能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重,生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能優(yōu)化成了綠色發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)過(guò)程強(qiáng)化的方法,利用差壓熱耦合反應(yīng)精餾(DPT-RD)及隔壁塔反應(yīng)精餾(RDWC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程的進(jìn)一步節(jié)能改造,并對(duì)其節(jié)能優(yōu)化及控制策略進(jìn)行了深入的研究。首先對(duì)等量進(jìn)料(單塔流程)和過(guò)量進(jìn)料(兩塔流程)兩種操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程的優(yōu)化與控制進(jìn)行了研究。以年度總費(fèi)用(TAC)為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,確定單塔流程和兩塔流程的最小TAC分別為584.66×10~3$/y和790.77×10~3$/y。對(duì)兩種動(dòng)態(tài)流程加入±20%進(jìn)料流量和5%進(jìn)料組成擾動(dòng)考察其控制性能,動(dòng)態(tài)結(jié)果表明:在合適的控制結(jié)構(gòu)下兩種流程均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。在兩種操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程優(yōu)化操作的基礎(chǔ)上提出了它們的改進(jìn)流程——DPT-RD過(guò)程和RDWC過(guò)程,并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制研究。穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化結(jié)果表明:DPT-RD過(guò)程較單塔流程可節(jié)約能耗33.74%,TAC減少7.96%;RDWC過(guò)程較兩塔流程節(jié)約能耗約8.35%,TAC降低12.15%。通過(guò)對(duì)DPT-RD及RDWC過(guò)程在多種控制方案下控制性能的研究,得到了適用于各自流程的最佳控制策略:DPT-RD過(guò)程在組成-溫度串級(jí)控制結(jié)構(gòu)CS3下可以有效地處理進(jìn)料流量和進(jìn)料組成擾動(dòng),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的控制;RDWC過(guò)程在組成-溫度串級(jí)控制結(jié)構(gòu)CS2和氣相分配比控制結(jié)構(gòu)CS3下均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制,但控制結(jié)構(gòu)CS2需要使用組成控制器并且穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng),所以控制結(jié)構(gòu)CS3為較優(yōu)的控制方案。最后,對(duì)四種不同流程的穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)態(tài)可控性進(jìn)行了綜合的分析比較。由于流程改進(jìn)使過(guò)程的耦合程度發(fā)生變化,這可能會(huì)對(duì)其穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生較大的影響。通過(guò)比較結(jié)果可知:等量進(jìn)料過(guò)程在經(jīng)濟(jì)性方面占有較大優(yōu)勢(shì),如單塔流程較兩塔流程TAC降低26.06%,DPT-RD過(guò)程較RDWC過(guò)程TAC減少22.53%;但等量進(jìn)料過(guò)程動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在較大的絕對(duì)誤差積分值(IAE),可見(jiàn)其可控性不如過(guò)量進(jìn)料過(guò)程。綜合上述結(jié)果,對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和可控性進(jìn)行權(quán)衡,RDWC過(guò)程是滿足當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的較優(yōu)選擇。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ225.24
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 醋酸戊酯研究進(jìn)展
        1.1.1 醋酸戊酯的性質(zhì)及應(yīng)用
        1.1.2 醋酸戊酯的合成方法
        1.1.3 醋酸戊酯合成的研究進(jìn)展
    1.2 反應(yīng)精餾技術(shù)
        1.2.1 反應(yīng)精餾過(guò)程的特點(diǎn)
        1.2.2 反應(yīng)精餾技術(shù)的發(fā)展
        1.2.3 反應(yīng)精餾過(guò)程的模擬
    1.3 反應(yīng)精餾過(guò)程強(qiáng)化
        1.3.1 熱泵反應(yīng)精餾
        1.3.2 多效反應(yīng)精餾
        1.3.3 內(nèi)部熱集成反應(yīng)精餾
        1.3.4 差壓熱耦合反應(yīng)精餾
        1.3.5 隔壁塔反應(yīng)精餾
    1.4 過(guò)程控制與動(dòng)態(tài)模擬
    1.5 研究?jī)?nèi)容與意義
        1.5.1 研究?jī)?nèi)容
        1.5.2 研究意義
2 不同操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程的優(yōu)化與控制
    2.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型
        2.1.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
        2.1.2 熱力學(xué)模型
    2.2 等量進(jìn)料條件下的常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程
        2.2.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化
        2.2.2 動(dòng)態(tài)控制
    2.3 過(guò)量進(jìn)料條件下的常規(guī)反應(yīng)精餾過(guò)程
        2.3.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化
        2.3.2 動(dòng)態(tài)控制
    2.4 本章小結(jié)
3 差壓熱耦合反應(yīng)精餾過(guò)程的設(shè)計(jì)與控制
    3.1 差壓熱耦合反應(yīng)精餾過(guò)程
        3.1.1 過(guò)程描述
        3.1.2 可行性分析
    3.2 過(guò)程優(yōu)化
        3.2.1 過(guò)程參數(shù)分析
        3.2.2 靈敏度分析
        3.2.3 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化
        3.2.4 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比
    3.3 動(dòng)態(tài)控制
        3.3.1 自由度分析
        3.3.2 溫控板選擇
        3.3.3 基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)（CS1）
        3.3.4 改進(jìn)控制結(jié)構(gòu)（CS2）
        3.3.5 組成-溫度串級(jí)控制結(jié)構(gòu)（CS3）
    3.4 本章小結(jié)
4 隔壁塔反應(yīng)精餾過(guò)程的設(shè)計(jì)與控制
    4.1 隔壁塔反應(yīng)精餾過(guò)程描述
    4.2 過(guò)程優(yōu)化
        4.2.1 過(guò)程參數(shù)分析
        4.2.2 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化
        4.2.3 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比
    4.3 動(dòng)態(tài)控制
        4.3.1 自由度分析
        4.3.2 溫控板選擇
        4.3.3 基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)（CS1）
        4.3.4 組成-溫度串級(jí)控制結(jié)構(gòu)（CS2）
        4.3.5 氣相分配比控制結(jié)構(gòu)（CS3）
        4.3.6 動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
5 不同流程穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)態(tài)可控性的比較
    5.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)性的比較
    5.2 動(dòng)態(tài)可控性的比較
        5.2.1 絕對(duì)誤差積分
        5.2.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果對(duì)比
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

【參考文獻(xiàn)】

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