萃取精馏分离乙腈—正丙醇工艺的优化与控制

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1、类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文萃取精馏分离乙腈-正丙醇工艺的优化与控制论文作者：李月学生类别：全日制学科门类：学术硕士学科专业：化学工程指导教师：王洪海职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalEngineeringCONTROLANDOPTIMIZATIONOFANEXTRACTIVEDISTILLATIONPROCESSFORSEPARATINGTHEMIXTUREOFACETONIT

2、RILE—N-PROPANOLByLiYueSupervisor:Prof.WangHonghaiMay2016摘要国家十三五规划中对节能环保要求越来越高，使得化工工艺过程的强化与节能减排是当今发展的主流。本文利用萃取精馏工艺，对化工行业中存在的乙腈和正丙醇的混合液进行了分离提纯。对工艺的操作参数进行了综合优化和控制方案设计，并进行了热集成的工艺设计和控制研究，能够节约更多能耗。乙腈和正丙醇混合液的质量组成为75%、25%，以N-甲基吡咯烷铜为萃取剂，在AspenPlus中建立两塔萃取分离的稳态工艺流程。以塔釜能耗和产品纯度为目标

3、函数，分别用AspenPlus和广义神经网络GRNN预测模型对两塔的理论板数、进料位置、溶剂比、回流比、进料温度等操作参数进行综合优化。比较两种优化结果，GRNN预测值的平均绝对百分误差均小于4%，故所建立的GRNN模型能快速、精准的预测优化结果。通过斜率判据确定精馏塔的温度灵敏板，选择合适的操作变量与被控变量的配对，设计萃取精馏工艺的控制回路。动态响应结果表明：萃取塔的温度组分串级控制回路能保证产品纯度；溶剂回收塔的平均温度控制能有效抵抗干扰；在回流量与进料比例控制回路中加入时滞元件，使被控变量的超调量减小。设计的控制方案能使系

4、统在短时间内达到产品质量要求，保证过程的平稳运行，减小能量消耗。热集成萃取精馏工艺，利用物流间的热量交换，实现工艺节能。整个工艺通过改变蒸汽流量，实现灵敏板温度控制。首先对工艺进行开环动态响应和可控性分析，得知过程变量之间相互关联较强，工艺呈现非线性、不对称响应和时间长滞后等特点。预热器对进料流量扰动比较敏感，溶剂回收减压塔的塔顶压力对组分扰动比较敏感。故设计预热器的温度流量串级控制回路和溶剂回收塔的温差控制回路以解决上述问题。通过添加进料扰动评估控制方案的性能，控制方案对进料组成的扰动控制效果较灵敏，而对进料流量扰动控制，尤其减

5、负荷扰动时，瞬时扰动较不平稳，但最终能在短时间内达到稳定效果，得到质量纯度大于99.8%的乙腈、正丙醇产品，能耗扰动平缓。关键词：萃取精馏优化GRNN控制方案IABSTRACTSProcessintensification,energyconservationandemissionreductionrepresentadominanttrendinthechemicalprocessengineering,mostlyduetoincreasingawarenessofthelimitedenergyresourcesofthem

6、odernsociety.Thereareacetonitrileandn-propanolmixedliquidintheproductioninfinechemicalindustryandpharmaceuticalindustry.Thegoalofthispaperistooptimizetheextractivedistillationprocessanddesignreasonablecontrolschemefortheprocesssysteminordertogethigh-purityacetonitrile

7、（99.8%）andn-propanol(99.8%)andsaveenergy.Thecontrolschemecouldensurethesmoothoperationinthewholeproductionprocess.Themassfractionofacetonitrileandn-propanolinfeedstreamare75%and25%,respectively.Andthe1-Methyl-2-pyrrolidinone(NMP)isselectedasextractivesolvent.Thesteady

8、-stateoftwo-columnextractiveprocessisimplementedinAspenPlus.Thereboilerdutyandpurityofproductsareastheobjectivefunctions.Asp