【摘要】：雖然隔離壁精餾塔因其較低的設(shè)備投資與操作費(fèi)用而優(yōu)于傳統(tǒng)的直接或者間接分離序列,但是它內(nèi)部強(qiáng)烈的物質(zhì)與能量耦合致使其控制特性十分復(fù)雜。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn),一方面有必要設(shè)法在隔離壁精餾塔的綜合與設(shè)計(jì)階段改善其可控性,另一方面則需要系統(tǒng)地研究隔離壁精餾塔的操作與控制,從而推動(dòng)它在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用。因?yàn)樵诰�濃度分析儀昂貴的價(jià)格與嚴(yán)重的時(shí)滯使得濃度控制系統(tǒng)在各種過(guò)程控制中都很少會(huì)使用,所以本文有關(guān)隔離壁精餾塔操作與控制部分的研究主要圍繞溫度推斷控制展開(kāi),主要研究?jī)?nèi)容如下所示:1、為了克服黑洞問(wèn)題(黑洞問(wèn)題的存在使得無(wú)法在隔離壁精餾塔的頂部、中間和底部產(chǎn)品上同時(shí)施加四個(gè)組分約束,嚴(yán)重影響了隔離壁精餾塔的操作與控制),本文使用了多進(jìn)料策略來(lái)協(xié)調(diào)預(yù)分餾塔與主塔之間的關(guān)系并給出了一套系統(tǒng)的流程來(lái)推導(dǎo)沒(méi)有黑洞問(wèn)題的最優(yōu)隔離壁精餾塔設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)一個(gè)分離乙醇、丙醇和丁醇等摩爾混合物的隔離壁精餾塔的設(shè)計(jì)與操作的研究,評(píng)估了所給出的設(shè)計(jì)流程。開(kāi)環(huán)與閉環(huán)可控性評(píng)估的結(jié)果都證明了采用多進(jìn)料策略來(lái)克服黑洞問(wèn)題的有效性。2、本文還嘗試使用了進(jìn)料熱狀況調(diào)整策略來(lái)填補(bǔ)黑洞問(wèn)題,進(jìn)料熱狀況的調(diào)整是通過(guò)安裝在進(jìn)料管道上的一個(gè)預(yù)熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)隔離壁精餾塔整體物料與能量平衡的強(qiáng)烈影響,調(diào)整進(jìn)料熱狀況能夠改變預(yù)分餾塔與主塔之間的連接物流從而有效協(xié)調(diào)它們兩者之間的關(guān)系�；趯�(duì)一個(gè)分離苯、甲苯和鄰二甲苯三元混合物的隔離壁精餾塔的研究,檢驗(yàn)了進(jìn)料熱狀況調(diào)整策略的可行性。穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)研究的結(jié)果都證明了調(diào)整進(jìn)料熱狀況能夠完全填補(bǔ)黑洞問(wèn)題從而提升過(guò)程的靈活性與可操作性。3、本文提出了一種簡(jiǎn)化雙溫差控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離壁精餾塔的嚴(yán)格產(chǎn)品純度控制,它包含了 2個(gè)溫度控制回路與2個(gè)雙溫差控制回路。2個(gè)溫度控制回路分別調(diào)節(jié)頂部和底部產(chǎn)品,2個(gè)雙溫差控制回路則分別控制預(yù)分餾塔和中間產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)策略很好地契合了隔離壁精餾塔本身的操作特性,所以有利于它的產(chǎn)品控制以及對(duì)操作條件變化的魯棒性。通過(guò)對(duì)一個(gè)分離理想三元混合物與一個(gè)分離苯、甲苯和鄰二甲苯三元混合物的隔離壁精餾塔的操作與控制的研究,比較了簡(jiǎn)化雙溫差、溫差和雙溫差三種控制策略的性能。雖然簡(jiǎn)化雙溫差與溫差控制策略所包含的溫度傳感器數(shù)目相同,但是前者因其與后者相差不多甚至更小的產(chǎn)品穩(wěn)態(tài)偏差與更強(qiáng)的抗組分?jǐn)_動(dòng)能力而被認(rèn)為優(yōu)于后者。雖然簡(jiǎn)化雙溫差控制策略的產(chǎn)品穩(wěn)態(tài)偏差與雙溫差控制策略的相比稍微大一點(diǎn),但是前者所需的溫度傳感器數(shù)目更少,這使其成為一種有競(jìng)爭(zhēng)力的隔離壁精餾塔控制策略。通過(guò)利用隔板兩側(cè)區(qū)域已有的溫度傳感器在公共精餾段與公共提餾段構(gòu)建溫差,簡(jiǎn)化雙溫差控制策略還可以被進(jìn)一步增強(qiáng),這增加了簡(jiǎn)化雙溫差控制策略的多樣性。4、本文基于一個(gè)被廣泛研究的分離苯、甲苯和鄰二甲苯三元混合物的隔離壁精餾塔,分析了在每個(gè)控制回路均包含不同數(shù)目溫度傳感器的非對(duì)稱(chēng)溫度控制結(jié)構(gòu)的潛力。在保證四個(gè)被控產(chǎn)品純度(即,頂部、中間和底部產(chǎn)品純度以及預(yù)分餾塔頂部重組分的純度)嚴(yán)格維持在其穩(wěn)態(tài)設(shè)定值的情況下,評(píng)估了溫度、溫差和雙溫差這三種被控變量在所有種類(lèi)進(jìn)料組分?jǐn)_動(dòng)下的變化特性,并為每個(gè)控制回路挑選出了平均變化量最小的被控變量。結(jié)合相互作用分析,得出了三種非對(duì)稱(chēng)溫度控制方案。閉環(huán)評(píng)估結(jié)果顯示,這三種非對(duì)稱(chēng)溫度控制方案與雙溫差控制方法相比,瞬態(tài)響應(yīng)相差無(wú)幾但是穩(wěn)態(tài)性能有所提升。雖然這三種非對(duì)稱(chēng)溫度控制方案在中間產(chǎn)品純度上的穩(wěn)態(tài)偏差相對(duì)較大,但是這個(gè)缺點(diǎn)可以通過(guò)在中間控制回路增加兩個(gè)溫度傳感器來(lái)完全克服。這些發(fā)現(xiàn)有力地證明了采用非對(duì)稱(chēng)溫度控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離壁精餾塔嚴(yán)格推斷控制的可行性與巨大潛力。5、本文提出了一種新的精餾塔雙溫差控制策略設(shè)計(jì)方法,它使用新提出的性能指標(biāo)ASVM(平均絕對(duì)變化幅度)來(lái)確定每個(gè)雙溫差控制回路中的上、下兩個(gè)參考板。ASVM測(cè)量了在假定完全克服了所有擾動(dòng)的情況下靈敏板與剩余塔板之間溫差的變化情況,從而能夠反映出被控產(chǎn)品純度之間固有的耦合特性。對(duì)于每個(gè)雙溫差控制回路,第一個(gè)參考板的選擇應(yīng)該以調(diào)節(jié)與其它控制回路之間的耦合為目的,第二個(gè)參考板的選擇則應(yīng)該以協(xié)調(diào)所包含的兩個(gè)溫差為目的,由此促進(jìn)對(duì)被控產(chǎn)品純度的預(yù)測(cè)�；谒膫�(gè)不同的分離實(shí)例(一個(gè)分離乙醇和丁醇二元混合物的傳統(tǒng)精餾塔、兩個(gè)分離乙醇、丙醇和丁醇三元混合物的傳統(tǒng)精餾塔與一個(gè)分離乙醇、丙醇和丁醇三元混合物的隔離壁精餾塔),通過(guò)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的對(duì)比,評(píng)估了新提出的設(shè)計(jì)方法。盡管分別由新方法與傳統(tǒng)方法得到的雙溫差控制方案在動(dòng)態(tài)性能上相差不多,但是前者在被控產(chǎn)品純度上的穩(wěn)態(tài)偏差比后者更小。這些顯著的結(jié)果有力地證明了本文提出的新設(shè)計(jì)方法可用于各種精餾塔的嚴(yán)格溫度推斷控制。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ053.5
【圖文】：

邐北京化工大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑１．１．１隔離壁精餾塔的發(fā)展與特點(diǎn)逡逑當(dāng)分離三元或者多元混合物時(shí)，傳統(tǒng)的方法是使用精餾塔分離序列�；旌衔镞M(jìn)料逡逑每經(jīng)過(guò)一個(gè)精餾塔只能分離出一個(gè)純組分產(chǎn)品，包含余下組分的混合物則需要進(jìn)入下逡逑游的精餾塔繼續(xù)分離，直至分離出所有的純組分產(chǎn)品。圖Ｍ給出了用于分離三元混逡逑合物的直接分離序列和間接分離序列。因?yàn)檫@兩種分離序列的每一步分離都需要一套逡逑完整的精餾塔設(shè)備，所以整個(gè)分離序列的設(shè)備投資十分高昂。而且，對(duì)于傳統(tǒng)的分離逡逑序列，在第一個(gè)精餾塔中中間產(chǎn)品在其濃度達(dá)到最大值時(shí)沒(méi)有被采出，而是待濃度降逡逑低后由第一個(gè)精餾塔的頂部或者底部采出再經(jīng)過(guò)第二個(gè)精餾塔來(lái)實(shí)現(xiàn)分離提純（也就逡逑是所謂的“反混效應(yīng)”）［５１，５２］，這導(dǎo)致整個(gè)分離序列的熱效率較低，操作能耗較高。逡逑

還有另外兩種基本構(gòu)型，一種隔板位于精餾塔的底部區(qū)域（參照?qǐng)Dｌ－３ａ），另一種隔板逡逑則位于精餾塔的頂部區(qū)域（參照?qǐng)Dｌ－３ｂ）［６２’６３］。而且，隔離壁精餾塔的隔壁也可以有不逡逑同的形狀（如圖１－４所示），它可以偏離中軸線，也可以中間彎折。逡逑邐？邐＜邐＇邐？邋Ａ邐公共精餾段邐爹３邐＆逡逑ＩＶ逡逑Ｓｉ＊邋Ａ／Ｂ逡逑預(yù)分離段逡逑謂Ｃ邋，邐邐—邐？邐邐逡逑ＩＩ邐Ｖ邋側(cè)線采出段逡逑＾－ｒ邐公共提餾段邐Ｖ｜逡逑ｎ＝—－￣Ｔ邋＞邋ｃ邐Ｉ邐－０－邐逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖邋１－２邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋塔與邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）Ｐｅｔｌｙｕｋ邋塔，（ｂ）ＤＷＤＣ逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋ｃｏｌｕｍｎ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋ｃｏｌｕｍｎ，邋（ｂ）邋ＤＷＤＣ逡逑ｒ＾２ｈ邐ｒ＾ｈ邋ｒｔ２ｈ逡逑邐邐？邋？邐邐邋邐邐？逡逑邐？逡逑邐？逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１＿３另外兩種基本的ＤＷＤＣ構(gòu)型逡逑（ａ）底部區(qū)域分開(kāi)頂部區(qū)域共用的ＤＷＤＣ，（ｂ）頂部區(qū)域分^u底部區(qū)域共用的ＤＷＤＣ逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｏｔｈｅｒ邋ｔｗｏ邋ｅｓｓｅｎｔｉａｌ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）邋ＤＷＤＣ邋ｗｉｔｈ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｏｖｅｒｈｅａｄ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｄｉｖｉｄｅｄ邋ｂｏｔｔｏｍｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ，邋（ｂ）邋ＤＷ

還有另外兩種基本構(gòu)型，一種隔板位于精餾塔的底部區(qū)域（參照?qǐng)Dｌ－３ａ），另一種隔板逡逑則位于精餾塔的頂部區(qū)域（參照?qǐng)Dｌ－３ｂ）［６２’６３］。而且，隔離壁精餾塔的隔壁也可以有不逡逑同的形狀（如圖１－４所示），它可以偏離中軸線，也可以中間彎折。逡逑邐？邐＜邐＇邐？邋Ａ邐公共精餾段邐爹３邐＆逡逑ＩＶ逡逑Ｓｉ＊邋Ａ／Ｂ逡逑預(yù)分離段逡逑謂Ｃ邋，邐邐—邐？邐邐逡逑ＩＩ邐Ｖ邋側(cè)線采出段逡逑＾－ｒ邐公共提餾段邐Ｖ｜逡逑ｎ＝—－￣Ｔ邋＞邋ｃ邐Ｉ邐－０－邐逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖邋１－２邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋塔與邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）Ｐｅｔｌｙｕｋ邋塔，（ｂ）ＤＷＤＣ逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋ｃｏｌｕｍｎ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）邋Ｐｅｔｉｙｕｋ邋ｃｏｌｕｍｎ，邋（ｂ）邋ＤＷＤＣ逡逑ｒ＾２ｈ邐ｒ＾ｈ邋ｒｔ２ｈ逡逑邐邐？邋？邐邐邋邐邐？逡逑邐？逡逑邐？逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１＿３另外兩種基本的ＤＷＤＣ構(gòu)型逡逑（ａ）底部區(qū)域分開(kāi)頂部區(qū)域共用的ＤＷＤＣ，（ｂ）頂部區(qū)域分^u底部區(qū)域共用的ＤＷＤＣ逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｏｔｈｅｒ邋ｔｗｏ邋ｅｓｓｅｎｔｉａｌ邋ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＤＷＤＣ逡逑（ａ）邋ＤＷＤＣ邋ｗｉｔｈ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｏｖｅｒｈｅａｄ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｄｉｖｉｄｅｄ邋ｂｏｔｔｏｍｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ，邋（ｂ）邋ＤＷ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李\~;黃克謹(jǐn);;多進(jìn)料填補(bǔ)隔離壁精餾塔的黑洞問(wèn)題[J];現(xiàn)代化工;2014年12期

2 李清元;朱志亮;;4組分隔板塔熱耦合精餾節(jié)能技術(shù)[J];化學(xué)工程;2011年12期

3 史志剛;匡國(guó)柱;;用分隔壁精餾塔對(duì)苯類(lèi)混合物分離的工藝分析[J];煉油與化工;2008年04期

4 孫蘭義;李軍;李青松;;隔壁塔技術(shù)進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2008年09期

5 葉青;段紅;施鳳芹;;分隔壁精餾塔操作特性研究[J];江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2007年04期

6 葉青;裘兆蓉;施鳳芹;段紅;;用分隔壁精餾塔分離三組分混合物的節(jié)能研究[J];化學(xué)工程;2007年11期

7 錢(qián)春健;葉青;黃恒文;魏亮;裘兆蓉;;DWC分離苯/甲苯/二甲苯混合物的研究[J];江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2007年03期

8 錢(qián)春健;葉青;朱國(guó)彪;裘兆蓉;;DWC分離三組分混合物的研究[J];化工進(jìn)展;2007年08期

9 孫蘭義;扎寇·奧魯軼馳;;內(nèi)部熱耦合精餾塔構(gòu)型研究[J];化學(xué)工程;2006年11期

10 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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 焦英杰;填補(bǔ)隔離壁精餾塔的設(shè)計(jì)與操作黑洞—進(jìn)出料熱狀況的有效設(shè)置[D];北京化工大學(xué);2014年

2 李\~;多進(jìn)料填補(bǔ)隔離壁精餾塔設(shè)計(jì)與操作黑洞[D];北京化工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2782475