苯氯化反应与精馏过程的模拟与实时监控系统

以反应与精馏集成生产氯化苯过程为研究对象,依据化工机制模型和动态特性,采用化工流程模拟HYSYS软件建立苯氯化反应与精馏集成过程流程模拟系统.采用Visual Basic语言编写通讯模块,实现WINCC集成监控系统和模拟系统数据之间的实时通信.构建了苯氯化反应与精馏集成过程的实时监控平台.实现了模拟过程动态显示、PID控制器参数整定、历史数据查询、报表显示与打印、实时报警等多项集成功能.     

苯氯化侧反应精馏过程的模拟优化与系统实现方法

针对侧反应精馏集成过程反应能力与分离能力最佳匹配条件设计问题,提出基于独立反应量的非线性解耦优化设计方法.研究以综合生产成本最小且反应能力最大为优化目标的多约束混合整型非线性规划问题,并给出了集成优化与模拟系统程序实现方法.将该方法应用到苯氯化侧反应精馏过程集成优化设计中,实现了反应能力与分离能力的最佳匹配,证明所提出的优化设计方法是有效的.     

反应精馏过程设计研究

介绍连续反应精馏过程设计的两种研究方法：静态分析法和有限元正交搭配OEFE法，静态分析法是对反应精馏图进行热力学和拓扑学分析，鉴定反应精馏过程的基本可能性，此方法不需要依靠确定的对象的特性，要求最少最反应混合物的物理化学特性，有限元正交配技术应用了把整级评估模型转变成连续的模型。OCFE能精确地吻俣逐板模型的优化设计，而只是使用一套较小的模型公式和避免使用与塔级数有关的总决策变量，用静态分析寻找一个最大转化率稳定态，用OCFE确定反应精馏塔的级数（塔级数）及进行精级（塔板）位置。     

合成碳酸二甲酯反应精馏过程的模拟与优化

以实际工业生产装置为研究对象,研究了酯交换法合成碳酸二甲酯的反应精馏过程模拟与优化问题？建立了过程非平衡级模型,引入了分离效率函数,求解、模拟结果与文献值吻合良好、成功地解决了复杂反应精馏过程数学模型的建立与求解问题,并在此基础上优化计算了操作条件,同时用VB语言开发了完整实用的仿真软件？软件可用于碳酸二甲酯反应精馏塔的工艺设计、操作过程分析和参数调优等工作。     

反应精馏过程的操作优化与集成优化分析

为优化反应精馏工业装置操作,分析了反应精馏过程优化问题的内容和特点,提出了一套行之有效的优化策略,并建立了典型过程的以经济效益为目标、符合过程约束和质量及转化率约束的优化数学模型。对MTBE装置进行了操作优化分析,可提高年经济效益1.62%。提出了反应精馏过程的集成优化思想,通过对乳酸提纯反应精馏装置进行集成优化分析,可有效确定过程的最优设计参数,并提高年经济效益8.23%。计算结果表明:该模型及其算法可有效用于反应精馏过程的优化分析。通过优化计算可取得明显的经济效益。     

反应分离过程模拟 Ⅰ.反应精馏过程

引入变换变量的概念,将发生平衡反应的反应精馏过程模型变换为普通精馏过程模型,减少了迭代变量,避免了反应量的计算,并易于采用普通精馏的计算方法。针对新模型非线性增强的特点,以松弛法得到初值,以Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法为算法主体,分别对含惰性组分和不含惰性组分的ＭＴＢＥ合成（甲基叔丁基醚）反应精馏过程进行了模拟计算。     

反应分离过程模拟：I.反应精馏过程

引入变换变量的概念，将发生平衡反应的反应精馏过程模型变换为普通精馏过程模型，减少了迭代变量，避免了反应量的计算，并易于采用普通精馏的计算方法。针对新模型非线性增强的特点，以松弛法得到初值，以Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法为算法主体，分别对含惰性组分和不含惰性组分的ＭＴＢＥ合成（甲基叔丁基醚）反应精馏过程进行了模拟计算。     

不同工况反应精馏耦合生产苄叉二氯的过程模拟

建立以氯化苄为原料、常压反应-减压精馏耦合高选择性生产苄叉二氯的新型工艺。基于已建立的New-ton-Raphson内外层模拟方法对工艺过程进行模拟计算,考察提馏段塔板数、相邻反应器间隔塔板数、反应器台数、Cl2进料流率及其分配情况对塔底苄叉二氯纯度的影响,得出适宜的工艺条件。结果表明:在精馏塔操作压力10kPa,反应器常压操作、温度100℃时,提馏段塔板数为15、相邻反应器间隔塔板数为1、反应器台数为3较为适宜;当塔釜上升蒸汽量为10 kmol/h,Cl2分配系数为0.34、0.33和0.33时,塔底出料中苄叉二氯摩尔分数随着Cl2进料流率的减小而明显上升,甚至达到0.99以上。     

反应精馏过程传质模型（Ⅰ）

快速反应的反应精馏过程需要通过解反应—扩散方程得到其传质模型,而慢速反应、瞬时反应的反应精馏过程相当于普通多组分传质过程,只是瞬时反应的精馏过程其液相浓度必须满足平衡常数计算式。按双膜理论,假设仅在液相有反应、汽相无反应的情况下、用矩阵或直接求解反应—扩散方程,得到了反应精馏过程的传质模型。液相传质模型的表达式说明:液相中由于反应的存在,化学反应除了影响传质过程的传质系数外,还影响其推动力。     

大型反应精馏塔板上传质过程的模拟

为深入研究反应精馏过程，介绍了大型塔板反应精馏的操作过程，并通过对塔板上液体流动分布以及化学反应过程的分析，建立了描述反应精馏过程的二维涡流扩散模型，模型中包括化学反应速率项，并引入液体速度分布函数表示塔板上不均匀速度场的影响。利用有限元法求解数学模型，得到了乙酐水合生成乙酸的反应精馏塔板上的浓度分布，并进一步分析了液相速度分布对应精馏效率的影响。研究结果有助于深入理解大型反应精馏塔板上的传质过程。     

超重力催化反应精馏技术合成乙酸正丁酯的研究

首次以超重力旋转床（RPB）代替反应精馏塔进行催化反应精馏合成乙酸正丁酯的实验研究,以评估超重力技术在反应精馏领域应用的可行性和优劣性。在本研究中心自主设计的新型RPB中,首次用固体酸催化剂制成旋转床填料置于RPB内腔,填充密度为336kg/m³,乙酸和正丁醇为原料,在RPB中同时进行反应和分离过程。实验中主要考察了旋转床的转子转速对催化精馏效果的影响。结果表明,在转速为700~800r/min时反应的效果最佳,乙酸转化率达88%以上。同时设计催化精馏对比实验,在基本条件相同情况下,催化精馏实验的乙酸转化率为60%,远低于RPB实验,所得产品纯度相差20%以上。因此,超重力条件有利于提高催化剂催化效率。     

背包式反应器与精馏塔耦合合成醋酸甲酯的模拟

针对背包式反应器与精馏塔耦合过程循环流股多，模拟计算收敛难度大的缺点，在Aspen Plus的Rad Frac模型中引入Murphree板效率，仅用一个精馏塔模型就描述了这个复杂耦合过程的模拟模型。在固定精馏塔塔板数的情况下，讨论了背包反应器个数和间隔位置、进料位置、回流比和催化剂量等因素对醋酸甲酯合成的影响。初步探索了反应能力和分离能力的匹配问题。模拟结果表明，当采用5个背包反应器，反应器之间间隔4块分离塔板的配置时，在适宜条件下醋酸总转化率可达到96．3％。     

用反应蒸馏法水合环氧乙烷生产乙二醇工艺模拟

对反应蒸馏法水合环氧乙烷生产乙二醇的工艺进行了模拟.结果表明,工艺进料的水与环氧乙烷之摩尔比由以往的15～22∶1降至3∶1,且其转化率接近100%,选择性达98.58%.研究了水与环氧乙烷摩尔比、回流比、塔压等对生产结果的影响.     

用反应蒸馏法水合环氧乙烷生产乙二醇工艺模拟

对反应蒸馏法水合环氧乙烷生产乙二醇的工艺进行了模拟.结果表明,工艺进料的水与环氧乙烷之摩尔比由以往的15～22∶1降至3∶1,且其转化率接近100%,选择性达98.58%.研究了水与环氧乙烷摩尔比、回流比、塔压等对生产结果的影响.     

反应精馏过程的一种数值模拟方法

给出了一种能有效求解反应精馏微分代数方程组模型的数值算法。与传统的数值解法不同，本文先将模型化为1指标的微分代数方程组，然后采用变阶变步长的向后差分格式来构造算法。应用本算法对MTBE反应精馏系统进行模拟，所得结果与文献中的实验数据吻合良好，并且计算稳定，速度较快，说明此算法是可靠的。     

甲醇加压精馏对体系汽液平衡的影响

通过甲醇精馏过程的加压精馏塔的模拟计算,分析了不同压力对甲醇-乙醇-水、甲醇-乙醇、乙醇-水汽液平衡的影响;选择了塔顶的工艺操作条件压力为0.5~0.6 MPa。     

一种新型的双环流反应蒸馏塔

传统的反应蒸馏塔难以用于分离反应物为最轻和最重组分的反应物系。为了解决这个难题,本文提出了一种新型的反应蒸馏塔结构——双环流反应蒸馏塔。一股环流安排在塔顶和塔底之间,以提高反应的转化率,另一股环流安排在塔底和分离段的某块塔板之间,以提高反应蒸馏塔的分离效率。根据双环流反应蒸馏塔的结构特点,本文还提出了一种有效的综合与设计方法。以一个理想吸热反应和理想放热反应的分离为例,对双环流反应蒸馏塔进行了设计与分析,结果显示该系统比现有的结构设计需要更少的设备投资成本和能量消耗。     

硫酸氢根吡啶催化制备乙酸正丁酯的酯化反应精馏过程模拟

采用离子液体硫酸氢根吡啶（[Hpy][HSO4]）作为催化剂,对乙酸和正丁醇在反应精馏塔中进行酯化反应生成乙酸正丁酯的过程进行模拟研究。在缺乏实验数据的情况下,使用真实溶剂似导体屏蔽模型(COSMO-RS)方法预测了离子液体与其他物质的汽液相平衡,得到了离子液体与反应体系的二元交互参数。基于共沸精馏概念设计了带有分相器的反应精馏塔,实现了离子液体的循环利用。分析了反应精馏塔总塔板数、进料模式、进料塔板位置、再沸器热值和塔板持液量对于产品质量和乙酸转化率的影响,结果表明,当反应精馏塔塔板总数为28,反应物从第4块塔板同时进料,离子液体从第2块塔板进料,且塔板持液量为0.05m3时,乙酸正丁酯纯度和乙酸转化率均可达99.9%。