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碳酸二甲酯反应精馏塔过程强化的综合设计与控制

作　者: 聂子旸
导　师: 黄克谨
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 反应精馏塔碳酸二甲酯过程强化动态性能
分类号: TQ225.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

化工生产中,反应和分离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行,而反应精馏则是把反应过程和分离过程结合为一体的有效的工业流程,对于可逆反应的反应分离过程提供了很好的强化方法。针对反应精馏塔,我们可以通过精馏塔内部的过程强化设计来减少它的耗能,并且提高它的操作性能,过程强化主要包括热耦合和物质耦合。反应精馏塔按照反应热的不同可以分为三类：无热反应精馏塔、中等热效应反应精馏塔、大量热效应反应精馏塔。对于大量热效应反应精馏塔,过程强化主要需要考虑反应精馏塔内部的热耦合；对于无热反应精馏塔,过程强化主要需要考虑反应精馏塔内部的物质耦合；对于中等热效应反应精馏塔,过程强化不仅要考虑塔内的热耦合,还要考虑塔内的物质耦合情况。对于大量热效应反应精馏塔,很多学者对其强化内部热耦合进行了广泛深刻的研究,但是在无热反应精馏塔和中等热效应反应精馏塔领域,研究者尚属少数。研究表明,反应段与精馏段耦合、反应段与提馏段耦合、改变反应物进料位置、改变催化剂在反应段内的分布状态这四种方法可以有效地强化反应精馏系统内部的耦合。本文以碳酸二甲酯反应精馏塔为例,通过以上四种方法研究具有中等热效应的反应精馏塔的强化内部耦合对精馏塔静态和动态特性的影响,反应精馏过程通过Aspen Plus软件进行建模和仿真。研究结果表明：对于碳酸二甲酯反应精馏塔,过程强化不仅可以改善系统的静态特性、减少再沸器热负荷带来的系统能耗以及精馏塔的年度总投入费用,并且可以改善系统的动态特性,增强其可控性。这个结论可以推广应用于其他大部分含有中等热效应的反应精馏系统,这也同时说明了在含有中等热效应的反应精馏塔中研究过程强化的重要性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
符号说明  14-16
第一章绪论  16-20
  1.1 本文的研究背景  16-17
  1.2 研究意义和目的  17-18
  1.3 本文的主要工作  18-20
第二章反应精馏过程的研究  20-28
  2.1 反应精馏的发展历史和特点  20-21
  2.2 反应精馏塔的综合与设计  21-23
  2.3 反应精馏的控制  23-25
  2.4 反应精馏塔的建模方法  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章反应精馏塔过程强化的原理与方法  28-36
  3.1 根据反应热对反应精馏塔进行分类  28-29
  3.2 能量耦合和物质耦合  29-30
  3.3 反应精馏过程强化设计的基本方法  30-31
  3.4 针对不同反应热的精馏塔进行强化设计  31-34
    3.4.1 大量热效应反应精馏塔  31-32
    3.4.2 无热反应精馏塔  32
    3.4.3 中等热效应反应精馏塔  32-34
  3.5 本章小结  34-36
第四章碳酸二甲酯反应精馏塔过程强化的综合与设计  36-54
  4.1 碳酸二甲酯反应精馏塔基本塔的稳态模型的建立  36-41
    4.1.1 碳酸二甲酯反应精馏过程描述  36-37
    4.1.2 碳酸二甲酯反应精馏塔的稳态模型的建立  37-40
    4.1.3 碳酸二甲酯反应精馏塔基本塔的静态特性  40-41
  4.2 碳酸二甲酯反应精馏塔的过程强化设计  41-46
  4.3 碳酸二甲酯反应精馏塔过程强化的结果  46-53
    4.3.1 碳酸二甲酯反应精馏塔耦合塔的最终结构  46-51
    4.3.2 耦合前后碳酸二甲酯反应精馏塔的热力学效应和TAC的对比  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章过程强化对碳酸二甲酯反应精馏塔动态特性的影响  54-68
  5.1 建立碳酸二甲酯反应精馏塔的动态数学模型  54-55
  5.2 碳酸二甲酯反应精馏塔控制系统的设计  55-58
    5.2.1 灵敏板的选择  56-57
    5.2.2 控制器的设计  57-58
  5.3 碳酸二甲酯反应精馏塔的控制系统的动态响应  58-66
  5.4 过程强化对碳酸二甲酯反应精馏塔动态特性的影响  66
  5.5 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-78
研究成果及发表的学术论文  78-80
导师与作者简介  80-81
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

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