【摘要】：反應(yīng)精餾將反應(yīng)操作與分離操作整合到一個(gè)操作單元中,與傳統(tǒng)的化工流程相比,減小了設(shè)備投資,降低了生產(chǎn)成本,使得反應(yīng)精餾的研究勢(shì)在必行。然而,在處理最不利相對(duì)揮發(fā)度序列的反應(yīng)時(shí),傳統(tǒng)反應(yīng)精餾塔(Conventional reactive distillation column,CRDC)使用的是單股側(cè)線(xiàn)出料的過(guò)程配置,以及全回流全回?zé)岬墓ぷ髂Ｊ?反應(yīng)段位于整個(gè)精餾塔的底部,反應(yīng)物從底部和中間進(jìn)料,這導(dǎo)致了反應(yīng)操作與分離操作的不協(xié)調(diào)性,不能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制,針對(duì)這種情況,可以采用外部環(huán)流反應(yīng)精餾塔(Reactive distillation column with a top-bottom external recycle,RDC-TBER)。在此結(jié)構(gòu)中,未反應(yīng)的反應(yīng)物(相對(duì)揮發(fā)度為最輕和最重,趨向于在RDC-TBER的頂部和底部聚集)通過(guò)外部環(huán)流返回到反應(yīng)段發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng),因此可以大幅提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。然而,RDC-TBER相當(dāng)于對(duì)CRDC進(jìn)行了結(jié)構(gòu)翻新,這導(dǎo)致RDC-TBER的動(dòng)態(tài)特性與控制方案仍然是個(gè)未知數(shù),因此,有必要對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究。本課題詳細(xì)研究了在處理最不利相對(duì)揮發(fā)度序列的反應(yīng)時(shí),RDC-TBER的動(dòng)態(tài)特性與控制,尤其關(guān)注外部環(huán)流對(duì)系統(tǒng)的影響。在研究的過(guò)程中,要對(duì)RDC-TBER進(jìn)行控制,RDC-TBER共有6個(gè)操作變量:1、回流量,2、冷凝器熱負(fù)荷,3、最重反應(yīng)物進(jìn)料流量,4、出料流量,5、再沸器熱負(fù)荷,6、外部環(huán)流流量;前五個(gè)操作變量分別控制塔頂液位、塔壓、靈敏板濃度、出料濃度、塔底液位,外部環(huán)流流量作為操作變量,在本文中提出兩種不同的控制方案,分別是:1、外部環(huán)流流量采用流量控制,將其固定在穩(wěn)態(tài)值附近;2、外部環(huán)流流量控制中間出料產(chǎn)物的濃度。研究表明,通過(guò)外部環(huán)流的結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與可控性相比于CRDC有了明顯的提升。本課題分別通過(guò)理想四元放熱可逆反應(yīng)和乳酸的酯化反應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了外部環(huán)流結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與控制的影響。在相同的擾動(dòng)情況(進(jìn)料流量擾動(dòng)、進(jìn)料組分?jǐn)_動(dòng)、出料濃度擾動(dòng))下,RDC-TBER的控制效果要優(yōu)于CRDC,同時(shí),RDC-TBER中,外部環(huán)流流量控制中間出料產(chǎn)物的濃度的控制方案比外部環(huán)流流量采用流量控制有更好的控制效果。本文的研究證明了在處理最不利相對(duì)揮發(fā)度序列的反應(yīng)上,RDC-TBER對(duì)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與控制效果十分有效。
【圖文】：

上述ＣＲＤＣ在處理最不利相對(duì)揮發(fā)度序列的反應(yīng)的時(shí)候，由于反應(yīng)物之間相對(duì)揮逡逑發(fā)度差異過(guò)大，嚴(yán)重影響反應(yīng)的進(jìn)行，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們提出了邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的逡逑結(jié)構(gòu)１４３］（如圖２－ｌｂ）。在ＣＲＤＣ的基礎(chǔ)上，增加從頂部到底部的一個(gè)外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，逡逑這樣，ＲＤＣ－ＴＢＥＲ就有四個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)：提餾段，精餾段，反應(yīng)段和外部環(huán)流部分。依逡逑然采用底部和反應(yīng)段最上端塔板進(jìn)料的方式，但在ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)最輕的逡逑反應(yīng)物Ａ在頂部積聚的時(shí)候，可以通過(guò)外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，將在頂部積聚的反應(yīng)物Ａ重逡逑新引流回底部的反應(yīng)段當(dāng)中，相當(dāng)于直接增加了反應(yīng)物，同時(shí)減少了頂部反應(yīng)物的積逡逑聚，促進(jìn)了整個(gè)反應(yīng)向我們需要的方向進(jìn)行。逡逑與ＣＲＤＣ相比，ＲＤＣ－ＴＢＥＲ增加了一個(gè)外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上看，增加外部逡逑環(huán)流提取頂部未反應(yīng)的反應(yīng)物Ａ的設(shè)想是行之有效的，，但是，增加外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，逡逑必然會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響

圖５－２邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的穩(wěn)態(tài)特性：（ａ）各個(gè)組分在每塊塔板上的濃度分布，（ｂ）各塊塔板上氣相和逡逑液相流量，（ｃ）每塊塔板上穩(wěn)態(tài)反應(yīng)速率，（ｄ）系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)每塊塔板的溫度逡逑Ｆｉｇ．５－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｅａｄｙ邋ｓｔａｔｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ：邋（ａ）?
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ053.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李珞;李倩倩;;精餾技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J];現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息;2010年04期

2 岳金彩;閆飛;鄒亮;楊霞;;精餾過(guò)程節(jié)能技術(shù)[J];節(jié)能技術(shù);2008年01期

3 薛美盛;祁飛;吳剛;孫德敏;;精餾塔控制與節(jié)能優(yōu)化研究綜述[J];化工自動(dòng)化及儀表;2006年06期

4 葉青;裘兆蓉;韶暉;鐘秦;;熱偶精餾技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展[J];天然氣化工;2006年04期

5 馬鳳云;曹玲;黃雪莉;;用Excel對(duì)精餾塔靈敏板位置確定的數(shù)值分析[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2006年03期

6 焦子華,周傳光,趙文;穩(wěn)態(tài)反應(yīng)精餾過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及算法研究進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2004年04期

7 張猛,徐用懋;反應(yīng)精餾相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展(Ⅱ)——過(guò)程優(yōu)化與控制技術(shù)[J];化工自動(dòng)化及儀表;2004年02期

8 蓋旭東,汪展文,崔愛(ài)莉,金涌;反應(yīng)精餾工藝流程的合成[J];化工冶金;1998年04期

9 蓋旭東;反應(yīng)蒸餾分離技術(shù)進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;1995年05期

10 沈宏達(dá);在工業(yè)企業(yè)中節(jié)約能源和提高能源利用率[J];浙江學(xué)刊;1981年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李宏熙;乙二醇單丁醚反應(yīng)精餾塔控制方案設(shè)計(jì)及分析[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

2 劉偉;全回流反應(yīng)蒸餾塔的動(dòng)態(tài)特性及控制[D];北京化工大學(xué);2012年

3 馬江鵬;外部熱耦合精餾塔控制方案的綜合與分析[D];北京化工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2622242