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《浙江大学》 2002年
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间歇精馏冷启动过程的流程模拟

王林  
【摘要】: 间歇精馏生产过程中,冷启动操作是极其重要的环节。不仅因为有大量的设备需要开始投入使用,而且在工业现场的每个生产批次中,料液组成,加热方式,塔顶回流的操作方式都有可能发生变化。然而在没有动态模拟的情况下,启动过程主要根据经验进行操作,不可能、也不允许直接在装置上做任何试验。 应用动态模拟技术,探讨、分析间歇精馏启动过程的特性,其主要作用有: 1) 缩短启动时间,使设备尽快达到稳定操作状态; 2) 降低物耗、能耗,减少启动损耗; 3) 避免可能产生的误操作或事故; 4) 减少不合格产品; 5) 保证启动过程顺利进行,取得最佳经济效益; 动态模拟的核心是系统模型。以往间歇精馏塔的动态模型大部分建立在平衡模型的基础上,由于它采用了大规模的微分代数方程组,所以使系统的初始化成为一个难题。 本文从过程特性分析、建模、求解和实验验证四个方面,对间歇精馏冷启动过程的动态模型进行了描述,具体包括以下几个部分: 1.分析间歇精馏塔从冷、空状态启动时的过程特性。针对塔板的动态特性以及塔板间的变化关系,将启动过程描述为三种状态之间的切换,即:冷空状态(EM)、液体积累状态(LA)、汽液平衡状态(VLE)。塔板温度和塔板积液作为沿空间轴(底层塔板到上层塔板)和时间轴不断发生变化的动态变量,它们共同决定了塔板上汽液平衡状态的建立。通过实验观察和现象分析,得到两个重要结论: a.汽液平衡状态的建立是从下到上逐板发生的,这集中体现在塔板温度的变化曲线上。 b.塔板积液的主要增长是由回流决定的。 2.采用具有时间一致性的动态模型描述间歇精馏塔的启动过程。以分离过程的重要设备—塔板为例,每层塔板都是从非平衡状态,即只有能量和物质交换, 11 浙江人学博上学位论文 转化到平衡状态,即到达汽-液平衡。而转换点是山工作压力下的泡点温度决定 的。通过塔板的结构特性,利用不同的溢流堰高度描述了塔板积液的变化情况。 在传统MESH方程的基础上,结合启动过程特性和塔板动力学方程,能够很好 地描述塔板在EM—LA—VLE切换过程中的变化情况。采用模块化方法进行系 统建模,使模型结构清晰,易于拓展。 3.分析模型中的混杂性问题。文章对求解过程中呈现的非连续特性进行了 分类,即:与启动过程状态转换有关的模型结构的不连续性,与物理过程有关的 塔扳动力学方程的切换,给出了针对不同类型非线性特征的解决方案。对于动态 模型所涉及的变量初始值问题,以及状态切换过程中变量取值的变化,文章先对 变量进行了分类,然后给出了不同类型变量的初值选取方法。为了更多地关注于 过程,而不是模型的复杂性和求解的难度,选用gPROMS作为计算平台用于求 解该过程。 4.通过仿真实例验证了动态模型仿真结果的有效性和正确性。第一个仿真 实例是一个非常著名的三组分间歇分离过程,针对如何确定优化起始点这个问 题,通过比较实验数据和简化方法求解结果,说明了模型的有效性和可操作性。 第二个仿真实例是一个具体的实验装置,针对间歇精馏塔启动过程中的动态特 性,通过实验过程数据和仿真结果的比较,验证了模型的正确性。仿真结果同时 表明:间歇精馏塔从冷。空状态启动时过程动态的复杂性,和动态模型中的高度 非连续性特征。 最后对论文结果的工业应用前景给出了作者个人的看法,总结了论文工作的 创新之处,以及讨论了本课题需进一步研究的问题。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP391.9

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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