特殊精馏分离甲苯—乙醇共沸物系优化及控制 (1)

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1、青岛科技大学研究牛学位论文特殊精馏分离甲苯一乙醇共沸物系的优化与控制摘要本文采用变压精馏和萃取精馏两种工艺分离甲苯．乙醇共沸物系。运用AspenPlus和AspenDynamics模拟软件分别对上述分离工艺进行了稳态经济优化与控制结构的研究。针对变压精馏工艺，使用AspenPlus模拟软件，基于最小年度总费用TAC(totalannualcost)对甲苯．乙醇变压精馏分离工艺进行优化，通过迭代计算分别得出了高、低压塔在不同操作压力下的无热集成、部分热集成和完全热集成变压精馏之最优经济案例。对比三种变压精馏工艺的最优经济案例发现，无热集成时设备费用最高，部分热集成时操作费用最低，完全热集成时年

2、度总费用最小。运用AspenDynamics软件逐步建立三种变压精馏工艺的不同控制结构并进行动态性能测试与分析。研究结果表明无热集成和部分热集成时，通过分别添加组分与温度串级的控制结构和压力．补偿温度的控制结构可以处理好流量与组成的扰动；完全热集成时，由于两塔的高度耦合及可控自由度的减少，开发的控制结构只能处理较小的流量干扰。．针对萃取精馏工艺，采用Flash2模块绘制等相对挥发度曲线以及研究不同进料比下两关键组分的相对挥发度，筛选出正丁基苯(NBB)作为适宜的萃取剂。建立全局最优迭代方法，通过迭代计算得出萃取精馏工艺的最佳设计参数与操作条件。动态模拟并分析多种控制结构，响应结果表明固定回流

3、比的控制结构无法处理好进料组成的干扰：固定尺伊和鲫／F比值的控制结构不仅可以处理好进料组成干扰，而且对进料流量的扰动有着更快的响应速度，但无法使塔顶产品纯度维持于期望值；通过添加一个额外的温度控制器实现同时控制塔顶回流与再沸器热输入，使整个萃取精馏工艺得到了更加稳健的控制。对两种分离工艺的经济性与可控性进行对比，萃取精馏工艺所需的年度总费用最小，对于相同进料扰动具有更好的控制性能。关键词：甲苯一乙醇变压精馏萃取精馏TAC动态控制青岛科技大学研究牛学位论文0PTIMIZATl0NANDCONTROLOFSEPARATIONFORTOLUENE．ETHANOLAZEOTROPICSYSTEMWI

4、THSPECIALDISTILLATIONABSTRACTInthispaper’twomethodsofpressureswingdistillation(PSD)andextractivedistillation(ED)areappliedtoseparatetoluene—ethanolazeotropicsystem．TheresearchesforsteadystateeconomicoptimizmionandcontrolstructureofthetwoprocessesarecaMedoutwithAspenPlusandAspenDynamics，respectively

5、．ForPSD，theglobaloptimizationmethodusingtheTACastheobjectivefunctionisdeveloped，asequentialiterativesearchisusedtocalculateandobtaintheoptimumPSDeconomiccaseswiththenoheatintegration，thepartialandthefullyheatintegrationbetweenhigh·pressurecolumn(HPC)andlow-pressurecolumn(LPC)operatedindifferentpres

6、sures．BycomparingtheoptimaleconomiccasesofeverykindofPSD，itisfoundthattheequipmentcostsinthenoheat—integratedPSDisthemost，theoperationcostinthepartialheat—integratedPSDistheminimum，totalannualcost(TAC)inthefullyheat—integratedPSDistheminimum．ThethreePSDprocesseswithdifferentcontrolstructureareestab

7、lishedstepbystepanddynamicperformancesaretestedandanalyzedusingAspenDynamicssoftware．Theresultsrevealthatnoheat—integratedPSDandpartialheat—integratedPSDcanhandleflowandcompositiondisturbanceswellbyaddingco