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。

内部热耦合-上置隔壁塔的设计与优化

为了提高化工分离过程的节能效果、扩展内部热耦合精馏塔以及隔壁塔的运用,提出了内部热耦合-上置隔壁塔(ITC-TDWC)的新结构。以甲醇-乙醇-正丙醇三元混合物系作为研究对象,选用进料比例为0.5、0.25、0.25,以上置隔壁塔(TDWC)的结构为基础并结合发展内部热耦合(ITC)来设计ITC-TDWC的最优化结构。在最终确定ITC-TDWC的最优结构后,将该结构的回收年限、能耗等数据与TDWC进行了对比分析,结果表明,ITC-TDWC在达到三元混合物分离要求的同时,回收年限会略有增加,但节能效果显著,比TDWC的分离过程节能约30%。

基于动态模式分解的精馏吸收状态变量非设计条件下的重构与预测

精馏和吸收作为典型的非线性过程,其操作过程中存在大量描述系统特征的状态变量。为了对这些状态变量进行重构和预测,实现精馏吸收过程的实时数字孪生,通过动态模式分解算法(DMD)获取非线性系统的近似线性化模型,用于快速获取精馏吸收过程中各级浓度、流量、温度和持料量等状态变量。在此基础上,应用Kalman滤波器对DMD生成的线性模型进行实时校正,使得在非设计和有限测量条件下,也可以有效地预测吸收或精馏的状态变量,而无须重新训练模型。

一种有效的双隔壁反应蒸馏塔的综合与设计策略

提出了一种反应蒸馏过程强化原理,在反应和分离操作有效耦合的基础上进一步加强分离操作之间的耦合,得到一种有效的双隔壁反应蒸馏塔。该结构可显著提高过程中的能量利用效率。以理想四元反应和碳酸二甲酯与乙醇之间的酯交换反应为例对所提出的结构进行评价分析,结果表明,与常规和单隔壁结构相比,这种双隔壁反应蒸馏结构能有效降低能耗。此外,基于反应系统的性质对节能效果的影响进行了研究,结果表明,该双隔壁反应蒸馏塔适用于难反应与难分离系统,且具有优越稳态性能。

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。

气动式绝对压力调节器出口压力异常仿真及试验研究

某气动式绝对压力调节器使用过程中出现产品打不开及出口压力低的故障,基于MATLAB对产品内部二位四通阀进行建模分析,模拟在飞行振动条件下阀体弹簧和阻尼的运动工况并建立动画仿真,结果表明,双弹簧、双阻尼阀体在该振动条件下无法可靠按压活门座,开度增大0.13~0.20 mm,关闭功能丧失,导致反馈腔压力升高,活门出口压力低;Simulink仿真电磁阀模型,得到不同电压下电磁铁吸力和出现干涉动摩擦力差值,结果表明,差值小于3 N,电磁铁通电无动作,产品气路无法打开。通过将双弹簧、双阻尼结构改为单弹簧、单阻尼结构,改进电磁铁磁芯及配合尺寸,并改进动密封的石墨环。通过试验复现故障情况,验证改进措施,为气动式压力调节器设计提供参考。

外部环流反应精馏塔的分散控制方案设计

对于具有最不利相对挥发度排序(即反应物为最轻和最重组分,生成物为中间组分)的四元反应分离物系而言,在反应精馏塔的顶部和底部之间引入外部环流能够提高系统的反应分离效率,从而大幅度地降低系统的能量消耗和固定投资成本。以理想四元可逆放热反应的分离为例,研究了外部环流反应精馏塔的分散控制方案的设计问题。结果表明外部环流的引入提高了系统的反应速率,使得外部环流反应精馏塔的闭环控制效果更好(与传统反应精馏塔相比),对干扰的处理能力更强。另外,由于外部环流反应精馏塔比常规反应精馏塔有更多的操作变量(即外部环流流量),利用该变量对出料浓度进行控制,可以进一步提高系统的闭环控制效果。

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。

工程测量教学改革:问题与对策

针对大学本科非测绘专业的工程测量教学,指出目前工程测量教学中普遍存在的问题和矛盾,并有针对性地提出对策和建议。

求解功能梯度材料板弯曲问题的无网格方法

该文根据虚功原理,采用罚函数法满足本征边界条件,得到了功能梯度材料板弯曲的无网格法控制方程,并给出了两个数值算例.算例表明该方法具有节点少、精度高等优点.

隔离壁精馏塔的简化温差控制

虽然隔离壁精馏塔能够大幅度节省设备投资成本与能量消耗,但其操作却需要复杂的控制系统。为了克服这个困难,提出了一种简化温差控制策略,即在精馏段与提馏段实施单温度控制的基础上,采用两个温差控制回路分别控制预分离蒸馏塔的分离操作和侧线采出的产品质量。这里温差控制可以是单温差控制、双温差控制,甚至是多温差控制。以苯、甲苯和二甲苯三元混合物的分离为例,使用Aspen Dynamics商用模拟软件对隔离壁精馏塔的简化单温差控制和双温差控制结构进行了研究,显示了简化双温差控制策略不仅在性能上优于简化单温差控制和传统的温度和温差控制策略,而且具有更强的抗干扰能力。这一结果证明了对隔离壁精馏塔实施简化温差控制策略的可行性与有效性。

基于小波变换的桥梁损伤识别研究

小波变换可以很好地对结构的损伤进行精确定位和相对损伤程度的识别。本文以简支桥梁为模型进行了数值模拟,从损伤定位、相对损伤程度识别等方面,验证了该方法的有效性和可靠性。

曲轴复合车削机床的结构布局设计

文中首先分析了机床设计过程中的结构布局种类。针对要设计的机床的工艺参数,参照其结构布局的功能设计要求,设计了一种新型的曲轴复合车削加工机床。该机床能很好地解决曲轴连杆颈的外圆加工问题,能一次装夹完成曲轴外圆磨削之前的外圆加工。最后,着重介绍了该机床的总体结构布局设计及工作原理。

一种外部热耦合反应蒸馏系统的模拟研究

引言 过程强化将不同过程集中到一起,能够降低过程的能耗和设备投资费用。热耦合（heat integra-tion）与反应蒸馏是具有明显经济效益的两种过程强化技术[1-2]。黄克谨等[3]提出了外部热耦合双精馏塔,王芸等[4]进一步将精馏段/提馏段外部热耦合结构简化为三换热器结构并应用于乙烯／乙烷和苯／甲苯二元物系的分离，

基于粒子群算法的隔离壁精馏塔的综合与设计

隔离壁精馏塔(dividing-wall distillationcolumn,DWDC)是提高两个或者多个传统精馏塔热力学效率的有效手段。由于隔离壁精馏塔内部结构复杂、相互作用强,传统的序贯优化方法计算时间长,很难达到全局最优解。标准粒子群算法应用广泛、易于实现,但易于早熟、易于陷入局部极值点。因此,本工作采用改进的元胞粒子群算法对Kaibel隔离壁精馏塔进行综合与设计研究。元胞粒子群算法通过改进粒子的学习策略,采用元胞邻域的方法可有效地将粒子分散在多个子空间。对比标准粒子群优化和元胞粒子群优化两种方法的50次优化效果,结果表明,两种粒子群算法能够对内部结构复杂、相互作用强的四组分Kaibel隔离壁精馏塔这一复杂分离系统进行优化,优化效果显著。

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。

简化外部热耦合双精馏塔的控制与优化

针对具有3个换热器结构的外部热耦合双精馏塔(S-EHIDDiC),提出了一种新型的控制与优化策略。顶部与底部换热器的热负荷能够改变高压精馏塔的回流量和低压精馏塔的上升汽量,因而可以用来控制高压精馏塔塔顶和低压精馏塔塔底的产品质量。这种控制方法与常规精馏塔的LV控制结构相似。S-EHIDDiC还有多余的决策变量(如进料分流比,高压精馏塔塔压和中间换热器的热负荷),可以对稳态操作进行优化。闭环仿真证明了这种控制结构的可行性,稳态优化也提高了系统的热力学效率。

乙酸甲酯外部环流隔离壁反应蒸馏塔的设计与比较

选择了3种不同的外部环流设计并采用隔离壁蒸馏塔的拓扑结构。以乙酸和甲醇酯化反应生成乙酸甲酯和水反应体系为例,分别设计了底部-中部环流隔离壁反应蒸馏塔、中部-中部环流隔离壁反应蒸馏塔和双环流隔离壁反应蒸馏塔,并对其稳态性能进行了分析与比较。结果显示,双环流隔离壁反应蒸馏塔能够最大限度地强化内部物质和能量耦合,因而拥有最佳的稳态性能。

轻组分绝对占优的蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔的最优拓扑结构

隔离壁蒸馏塔(DWC)的双塔多段拓扑结构导致蒸汽再压缩热泵(VRHP)的应用具有多种可能性,包括单VRHP、多VRHP、多级VRHP以及它们的相互组合等复杂结构,这显著加剧了蒸汽再压缩隔离壁蒸馏塔(DWC-VRHP)综合与设计的复杂性与烦琐性。为解决这一问题,针对轻组分绝对占优的三元宽沸点物系的分离问题推演了DWC-VRHP的最优拓扑结构,由此能够有效回避系统综合与设计过程中的结构搜索问题并显著降低模型化与搜索计算的工作强度。轻组分绝对占优与宽沸点物性导致了塔顶冷凝器与预分离蒸馏塔的提馏段是主要的热源与热阱,也决定了DWC-VRHP的最优拓扑结构,即一个二级VRHP与DWC的耦合系统。第一级VRHP用于进料预热,既充分利用温度提升跨度小的特点,又可以通过进料分流强化气液相间的物质传递。第二级VRHP用于加热预分离蒸馏塔的提馏段(或公共提馏段),能够最大限度地降低分离操作的非可逆性。采用苯/甲苯/邻二甲苯和正戊烷/正己烷/正庚烷两个物系的分离问题对所提出的DWC-VRHP的最优拓扑结构进行了分析与验证。通过与DWC以及DWC-VRHP其他潜在结构的系统性比较,显示了所提出系统结构在稳态性能方面的优越性。

双隔壁反应精馏塔的设计与控制

以1个反应精馏塔串接2个常规精馏塔的多塔流程为基础,通过过程强化设计了一种双隔壁反应精馏塔(R-DDWDC),左隔壁集成反应操作和分离操作,右隔壁集成2个常规分离操作,二者的有效协作能够显著降低过程的设备投资成本和操作能耗。在稳态设计的基础上,提出了一种R-DDWDC的5点温度控制策略。该温度控制策略能够抑制较大的进料流量和浓度干扰,且具有很小的稳态误差。研究结果验证了采用R-DDWDC可分离具有最不利热力学特性和不利动力学特性的四元反应物系。