基于重组分占优的热泵隔壁塔最佳拓扑结构

在隔壁塔（DWC）分离重组分占优宽沸点三元物系的过程中，重组分的分离产生的大量高温过热蒸汽可以被蒸汽再压缩热泵（VRHP）加以利用，进而形成不同的热泵隔壁塔（VRHP-DWC）拓扑结构。根据DWC的稳态运行特征，提出VRHP-DWC的最佳拓扑结构，包括两个VRHP：第一个VRHP用来压缩过热蒸汽并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器；另一个VRHP用来压缩由第一个VRHP产生的高温冷凝液体和塔底产品流预热后的塔顶蒸汽，并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器。用苯/甲苯/邻二甲苯和正戊烷/正己烷/正庚烷两组物系验证了所提出结构的经济性能，结果表明，对于隔板在中部的DWC （DWC with a middle partition，DWCM），两个例子的年度总成本（TAC）分别下降了17.22%和7.11%；而当隔板位于顶部（DWC with a top partition，DWCT）和底部（DWC with a bottom partition，DWCB）时，TAC也都有不同程度的降低。此外，还讨论了不同隔板位置对DWC性能的影响，对于两个例子而言，DWCT显示出的性能最差，而DWCM与DWCB在稳态与动态上的性能表现各有优劣。VRHP-DWC最佳拓扑结构的预先确定可以大大降低化工过程开发阶段的复杂性和乏味性，并对过程中强化技术的应用具有重要意义。     

双反应段精馏塔温度控制系统的综合与设计

双反应段精馏塔（RDC-DRS）具有十分复杂的稳态与动态特性,给温度控制系统的综合与设计带来极大困难。为解决这一问题,提出了一种基于稳态偏差最小原理的温度控制系统的综合与设计方法。该方法主要通过单变量搜索找到使稳态偏差达到最小值的被控塔板位置,进而设计出RDC-DRS温度控制系统。稳态偏差设计温度控制系统可以很好地体现产品浓度与温度之间的对应关系,从而设计出有效可行的温度控制方案。通过与常规灵敏度分析方法设计的温度控制系统的控制效果对比,证明了该方法可以实现对RDC-DRS产品质量的严格控制。     

精馏塔通用动态仿真软件及其在控制系统设计中的应用

本文提出了一种通用的精馏塔动态仿真软件，系统地综合了物料平衡、能量平衡、塔板水力学、塔板效率、再沸器动态特性以及控制系统的调节作用，可以自动识别与计算液液分层现象。通过它在某丙烯腈萃取精馏塔控制系统改进中的应用，证实了这种通用化精馏塔动态仿真软件的可靠性。     

乙二醇与乙酸酯化反应的双反应段反应精馏塔设计

将一种具有新型反应精馏结构的双反应段反应精馏塔应用于乙二醇与乙酸连续两步酯化反应,详细分析了精馏塔的稳态性能并探讨其节能效果。以最小化总的年度费用(TAC)为目标,优化双反应段反应精馏塔结构,并将此优化结构与单反应段反应精馏塔优化结构进行比较。结果表明在双反应段反应精馏塔中,设计变量的增加能够有效协调两步反应之间的关系,提高反应效率和分离效果,使双反应段反应精馏塔TAC减少了23.58%,实现节能效果。     

乙二醇与乙酸酯化反应的双反应段反应精馏塔的控制

针对乙二醇(EG)与乙酸(AA)的两步连续酯化反应,以年总成本(TAC)最小为目标,对单反应段反应精馏塔(RDC-SRS)和双反应段反应精馏塔(RDC-DRS)过程进行了优化。结果显示RDC-DRS有更好的节能特性,这是由于其有更多的自由度来增强反应操作和分离操作的内部物质耦合和能量耦合。采用浓度控制方法设计了RDCSRS和RDC-DRS的控制方案,并比较了其动态特性;在出现进料流量扰动和产品组分扰动时,RDC-DRS都要好于RDC-SRS,且流量扰动更大时,其优势更明显,表明在分离两步连续反应时,RDC-DRS是更好的方案。     

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。     

一种便于在线优化的二元精馏塔分段数学模型

提出一种基于分段原理的逐板计算静态数学模型，可以方便地应用于二元精馏过程的在线优化．该模型求解速度快，稳定性好，便于在线校正，远远优于逐板机理数学模型．通过对某三十万吨乙烯装置中乙烯精馏塔的应用研究，取得了满意的结果     

内部热耦合中间隔壁塔的设计与控制

虽然隔离壁精馏塔(DWC)与多个常规精馏塔组成的常规分离序列相比具有明显的节能潜力,但是通过引入内部热耦合技术,仍然具有进一步强化设计的空间。以进料位置为界,可将DWC分为上、下两部分,上部包含公共精馏段和进料上端的隔离壁两侧,下部包含进料下端的隔离壁两侧和公共提馏段,在两部分之间设置内部热耦合,得到一种新型内部热耦合中间隔壁塔(IHIMDWC)。在进料上、下两端的隔离壁一侧或两侧设置内部热耦合可以得到4种不同的IHIMDWC拓扑结构。以甲醇、乙醇与正丙醇三元物系的分离为例,通过启发式搜索法对4种IHIMDWC拓扑结构进行稳态设计,并提出了一种分散温度控制系统以验证它们的可控性。仿真结果表明,与DWC相比,IHIMDWC不但可以显著降低能量消耗,而且所设计的分散温度控制系统可以有效地抑制干扰。     

蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔的非对称温度控制

蒸汽再压缩热泵(VRHP)可以提升隔离壁蒸馏塔(DWDC)的稳态性能,但也加剧了被控变量间的相互耦合,给蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔(VRHP-DWDC)的平稳操作带来困难。针对分离中间组分(甲苯)绝对占优的苯/甲苯/二甲苯三元物系的VRHP-DWDC,通过非方相对增益矩阵对操纵与被控变量进行配对,并依据闭环响应分析给出了一种新颖的单温度分散控制系统。由于采用塔顶/侧线热泵压缩机分别控制侧线段/公共提馏段的灵敏板温度,不但加快了侧线产品的响应速度,而且降低了塔底产品的峰值偏差。鉴于高度内部耦合以及失真的温度与组分对应关系导致二者存在较大的稳态偏差,采用双温差结构进一步强化系统设计,由此给出了一种非对称温度控制系统,降低了系统内在非线性因素的影响,因而能够减小侧线和塔底产品的稳态偏差。闭环仿真结果显示了该非对称温度控制系统的优越性。研究表明,VRHP的引入虽然加重了VRHP-DWDC的内部耦合,但也提供了压缩机功率这一潜在操作变量,其较好的控制通道特性与双温差结构的有效应用能在一定程度上改善VRHP-DWDC的闭环操作。     

基于重组分占优的热泵隔壁塔最佳拓扑结构

在隔壁塔（DWC）分离重组分占优宽沸点三元物系的过程中，重组分的分离产生的大量高温过热蒸汽可以被蒸汽再压缩热泵（VRHP）加以利用，进而形成不同的热泵隔壁塔（VRHP-DWC）拓扑结构。根据DWC的稳态运行特征，提出VRHP-DWC的最佳拓扑结构，包括两个VRHP：第一个VRHP用来压缩过热蒸汽并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器；另一个VRHP用来压缩由第一个VRHP产生的高温冷凝液体和塔底产品流预热后的塔顶蒸汽，并将其潜在热量释放至预分离塔的再沸器或公共再沸器。用苯/甲苯/邻二甲苯和正戊烷/正己烷/正庚烷两组物系验证了所提出结构的经济性能，结果表明，对于隔板在中部的DWC （DWC with a middle partition，DWCM），两个例子的年度总成本（TAC）分别下降了17.22%和7.11%；而当隔板位于顶部（DWC with a top partition，DWCT）和底部（DWC with a bottom partition，DWCB）时，TAC也都有不同程度的降低。此外，还讨论了不同隔板位置对DWC性能的影响，对于两个例子而言，DWCT显示出的性能最差，而DWCM与DWCB在稳态与动态上的性能表现各有优劣。VRHP-DWC最佳拓扑结构的预先确定可以大大降低化工过程开发阶段的复杂性和乏味性，并对过程中强化技术的应用具有重要意义。