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反应精馏过程的建模与优化控制研究

张猛  
【摘要】:近年来反应精馏技术成功实现了工业应用并带来了巨大经济效益,因此得到了日益广泛的关注,大量的研究成果推动了反应精馏技术的进步。论文对热点问题——反应精馏过程的建模与优化控制相关技术进行了深入的研究,取得了一系列成果: 1、建立了反应精馏过程机理模型,基于拟均相假设,将反应和分离过程进行解耦,推导出反应精馏过程的非平衡级稳态模型和动态模型,通过引入推广的分离效率函数,对模型变量进行了合理划分,显著提高了模型求解效率;将动态模型和控制系统方程结合,建立了反应精馏过程控制系统研究的辅助工具。 2、全面分析了乳酸提纯反应精馏新工艺试验装置,利用本文建立的过程机理模型,对该试验装置进行了稳态和动态性能分析及水力学核算;设计和分析了单边质量控制方案,比较了间接和直接物料平衡控制两种方案的控制性能。结果表明,直接物料平衡方案可满足乳酸提纯过程的质量和转化率的控制要求。 3、全面分析了MTBE(甲基叔丁基醚)合成反应精馏过程,通过模型计算分析了过程的稳态和动态特性,发现了该过程严重的非线性和多时间尺度特性;设计比较了间接和直接物料平衡两种间接质量控制方案,结果表明,单边质量控制方案无法兼顾产品转化率指标;提出了以醇烯比软测量模型为核心的产品质量和转化率联合控制系统,结果表明,该方案可满足MTBE反应精馏过程的产品质量和转化率多指标控制要求。 4、论文提出了反应精馏过程集成优化设计方案,分析认为,传统过程优化的思想、方法经过修正可用于反应精馏过程;对乳酸提纯新工艺进行了集成优化设计研究,得出了更优的设计方案;通过对典型工况进行操作优化计算,可提高经济效益8.23%;通过对MTBE反应精馏过程典型工况进行操作优化计算,可提高经济效益1.62%,研究结果表明反应精馏装置存在着一定的优化潜力,集成优化思想的运用可有效促进新工艺研究。论文还设计了反应精馏过程的在线优化实施方案。


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