摘要：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。

摘要：Because of the complicated interplay between the prefractionator and main distillation column involved,the black-hole problem might occur and prohibit the assignment of four specifications to dividing-wall distillation columns(DWDCs)(e.g., the three main product compositions plus an impurity ratio in the intermediate product), which lowers terribly process flexibility and operability. In this paper, a feed thermal condition adjustment strategy, achieved by the installation of a pre-heater in feed pipeline, is employed to eliminate the black-hole problem and serve to enhance process flexibility and operability. Through the strong influence to the overall mass and energy balance of the DWDC, the feed thermal condition adjustment can alter the interlinking flows between the thermally coupled prefractionator and main distillation column and work effectively to coordinate their relationship. A DWDC separating a benzene, toluene, and o-xylene mixture is chosen to ascertain the feasibility of the philosophy proposed. The static and dynamic studies demonstrate that the feed thermal condition adjustment is an effective way to refine process design and can completely eliminate the black-hole problem and elevate consequently process flexibility and operability.

摘要：In this work,the impact of internal heat integration upon process dynamics and controllability by superposing reactive section onto stripping section,relocating feed locations,and redistributing catalyst within the reactive section is explored based on a hypothetical ideal reactive distillation system containing an exothermic reaction:A + BC + *** state operation analysis and closed-loop controllability evaluation are carried out by comparing the process designs with and without the consideration of internal heat *** superposing reactive section onto stripping section,favorable effect is aroused due to its low sensitivities to the changes in operating *** ascending the lower feed stage,somewhat detrimental effect occurs because of the accompanied adverse internal heat integration and strong sensitivity to the changes in operating *** descending the upper feed stage,serious detrimental effect happens because of the introduced adverse internal heat integration and strong sensitivity to the changes in operating *** redistributing catalyst in the reactive section,fairly small negative influence is aroused by the sensitivity to the changes in operating *** reinforcing internal heat integration with a combinatorial use of these three strategies,the decent of the upper feed stage should be avoided in process *** the conclusions are derived based on the hypothetical ideal reactive distillation column studied,they are considered to be of general significance to the design and operation of other reactive distillation columns.

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：隔离壁精馏塔在同时控制4个质量指标(塔顶、侧线、塔底产品浓度以及侧线采出杂质比)时会产生设计与操作黑洞,黑洞的产生对隔离壁精馏塔的应用范围带来很大的限制。本文提出了一种通过调整进料和侧线采出的热状况对隔离壁精馏塔的黑洞进行填补的策略。这两个操作变量通过对全塔热平衡的影响,改善预分离塔与主塔之间的耦合关系,进而改善两者分离能力并最终消除黑洞,同时改善了隔离壁精馏塔的动态特性。针对进出料热状况的调整,本文结合牛顿法给出了简单的调整规则,调整会形成3种不同的方案,为不同能量供应条件下填补隔离壁精馏塔的黑洞提供了可能。通过使用Aspen Plus模拟理想三元物系分离,对黑洞填补方法进行稳态分析和动态响应验证,证明采用调整进出料热状况的方法可以有效的填补隔离壁精馏塔的设计与操作黑洞并使其动态特性得到改善。本文所提出的方法完善了填补黑洞的方法体系,增加了隔离壁精馏塔的灵活性与适应性。

摘要：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。