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。

单环流反应隔离壁蒸馏塔的设计与控制

提出了一种单环流反应隔离壁蒸馏塔,基于合成乙酸甲酯的酯化反应,以全年总投资(TAC)为目标函数,设计了最优的单环流反应隔离壁蒸馏塔结构,采用两点温度控制策略研究了单环流反应隔离壁蒸馏塔的动态性能。结果表明:相比于外部环流反应蒸馏塔,单环流反应隔离壁蒸馏塔的设备投资费用降低了0.63%,操作费用降低了11.62%,TAC减少了7.86%。对于进料流量以及进料组分的扰动影响,两点温度控制能够使得产品浓度能够在很短的时间内恢复到误差允许范围内的稳定值,表明该控制策略能够有效应对进料流量以及进料组分的扰动。

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。

外部环流强化乙酸丁酯反应隔离壁蒸馏塔

针对具有较不利相对挥发度排序的四元可逆反应体系,使用常规反应蒸馏塔分离会使未反应的最重和次轻反应物堆集在塔底和反应段的顶部,降低反应的转化率。为解决这一问题,提出了2种不同的外部环流反应隔离壁蒸馏塔结构:中部环流反应隔离壁蒸馏塔和底部-中部环流双反应段隔离壁蒸馏塔。通过设置外部环流,将塔内未反应的反应物引回至反应段进行反应,同时环流实现的前提是在塔内设置隔离壁。以乙酸丁酯和乙醇的转酯反应的分离为例,对2种外部环流反应隔离壁蒸馏塔结构的有效性和可行性进行评估。研究结果表明:外部环流反应隔离壁蒸馏塔与传统反应蒸馏塔相比,稳态性能显著提高,具有更好的分离效果和经济性能。

单环流反应隔离壁蒸馏塔的设计与控制

为了能够进一步提高我国化工生产企业的高效性,增加反应物的转换效率,提高化工生产企业的经济效益和社会效益,技术人员引进了RDWC-SER技术。该技术不仅可以有效地将反应过程中的浓度误差控制在合理的范围之内,同时还能够在很大程度上降低实验的成本支出,节约能源,因此受到了广泛的好评。针对该情况,从RDWC-SER反应的稳态设计和动态控制等方面对其进行详细的阐述,希望这些意见和建议能够为我国化工生产行业未来的发展提供新思路和新方向。

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。

HeOH与BuAc酯交换反应共强化系统的评价

鉴于己醇(HeOH)与乙酸正丁酯(BuAc)酯交换反应的不利动力学和热力学特性,采用基于过程强化的反应蒸馏装置是一条有利的途径。常规反应蒸馏塔(CRDC)虽然考虑了反应-分离操作之间的相互耦合,但却完全忽略了分离操作之间的相互耦合,必然导致过大的不可逆性同时可进一步降低系统的稳态性能。单隔离壁反应蒸馏塔(R-SDWDC)的确在一定程度上考虑了分离操作之间的相互耦合,但其外部限定耦合方式致使仍然无法有效降低分离操作的不可逆性。本文基于本课题组最近提出的共强化原理给出了两种双隔离壁反应蒸馏塔(R-DDWDC)的拓扑结构,并将其与CRDC和R-SDWDC进行了深入系统的比较与分析。结果表明,R-DDWDC明显优于CRDC和R-SDWDC,是实施HeOH与BuAc酯交换反应的最佳拓扑结构。得出这一结论的根本原因在于R-DDWDC既能充分考虑分离操作之间的相互耦合,又能有效协调R-DDWDC与反应-分离操作耦合子系统的相互作用。虽然上述结论是通过具有最有利相对挥发度排序的HeOH与BuAc酯交换反应所得到的,但对于任何具有不利动力学与热力学特性的该类反应物系均具有普遍性的指导意义。