醋酸戊酯是一種重要的化工原料,在化工、醫(yī)藥、香料等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用中占有重要地位。目前,隨著醋酸戊酯合成方法和新型催化劑的不斷研究和發(fā)展,醋酸戊酯合成已經(jīng)由傳統(tǒng)的多段連續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M的反應(yīng)精餾工藝生產(chǎn)流程,且該方法得到了廣泛的研究與應(yīng)用。近年來,能源價格不斷上升,能源短缺問題日益嚴重,生產(chǎn)過程的節(jié)能優(yōu)化成了綠色發(fā)展亟待解決的問題。本文通過過程強化的方法,利用差壓熱耦合反應(yīng)精餾(DPT-RD)及隔壁塔反應(yīng)精餾(RDWC)技術(shù)實現(xiàn)對常規(guī)反應(yīng)精餾過程的進一步節(jié)能改造,并對其節(jié)能優(yōu)化及控制策略進行了深入的研究。首先對等量進料(單塔流程)和過量進料(兩塔流程)兩種操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過程的優(yōu)化與控制進行了研究。以年度總費用(TAC)為目標函數(shù)進行優(yōu)化,確定單塔流程和兩塔流程的最小TAC分別為584.66×10~3$/y和790.77×10~3$/y。對兩種動態(tài)流程加入±20%進料流量和5%進料組成擾動考察其控制性能,動態(tài)結(jié)果表明:在合適的控制結(jié)構(gòu)下兩種流程均能實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。在兩種操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過程優(yōu)化操作的基礎(chǔ)上提出了它們的改進流程——DPT-RD過程和RDWC過程,并對其進行了優(yōu)化設(shè)計與控制研究。穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟優(yōu)化結(jié)果表明:DPT-RD過程較單塔流程可節(jié)約能耗33.74%,TAC減少7.96%;RDWC過程較兩塔流程節(jié)約能耗約8.35%,TAC降低12.15%。通過對DPT-RD及RDWC過程在多種控制方案下控制性能的研究,得到了適用于各自流程的最佳控制策略:DPT-RD過程在組成-溫度串級控制結(jié)構(gòu)CS3下可以有效地處理進料流量和進料組成擾動,實現(xiàn)穩(wěn)健的控制;RDWC過程在組成-溫度串級控制結(jié)構(gòu)CS2和氣相分配比控制結(jié)構(gòu)CS3下均能實現(xiàn)穩(wěn)定的控制,但控制結(jié)構(gòu)CS2需要使用組成控制器并且穩(wěn)定時間較長,所以控制結(jié)構(gòu)CS3為較優(yōu)的控制方案。最后,對四種不同流程的穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟性和動態(tài)可控性進行了綜合的分析比較。由于流程改進使過程的耦合程度發(fā)生變化,這可能會對其穩(wěn)態(tài)及動態(tài)特性產(chǎn)生較大的影響。通過比較結(jié)果可知:等量進料過程在經(jīng)濟性方面占有較大優(yōu)勢,如單塔流程較兩塔流程TAC降低26.06%,DPT-RD過程較RDWC過程TAC減少22.53%;但等量進料過程動態(tài)響應(yīng)存在較大的絕對誤差積分值(IAE),可見其可控性不如過量進料過程。綜合上述結(jié)果,對過程的經(jīng)濟性和可控性進行權(quán)衡,RDWC過程是滿足當前工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的較優(yōu)選擇。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ225.24
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 文獻綜述
    1.1 醋酸戊酯研究進展
        1.1.1 醋酸戊酯的性質(zhì)及應(yīng)用
        1.1.2 醋酸戊酯的合成方法
        1.1.3 醋酸戊酯合成的研究進展
    1.2 反應(yīng)精餾技術(shù)
        1.2.1 反應(yīng)精餾過程的特點
        1.2.2 反應(yīng)精餾技術(shù)的發(fā)展
        1.2.3 反應(yīng)精餾過程的模擬
    1.3 反應(yīng)精餾過程強化
        1.3.1 熱泵反應(yīng)精餾
        1.3.2 多效反應(yīng)精餾
        1.3.3 內(nèi)部熱集成反應(yīng)精餾
        1.3.4 差壓熱耦合反應(yīng)精餾
        1.3.5 隔壁塔反應(yīng)精餾
    1.4 過程控制與動態(tài)模擬
    1.5 研究內(nèi)容與意義
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 研究意義
2 不同操作模式下常規(guī)反應(yīng)精餾過程的優(yōu)化與控制
    2.1 反應(yīng)動力學和熱力學模型
        2.1.1 反應(yīng)動力學
        2.1.2 熱力學模型
    2.2 等量進料條件下的常規(guī)反應(yīng)精餾過程
        2.2.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟優(yōu)化
        2.2.2 動態(tài)控制
    2.3 過量進料條件下的常規(guī)反應(yīng)精餾過程
        2.3.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟優(yōu)化
        2.3.2 動態(tài)控制
    2.4 本章小結(jié)
3 差壓熱耦合反應(yīng)精餾過程的設(shè)計與控制
    3.1 差壓熱耦合反應(yīng)精餾過程
        3.1.1 過程描述
        3.1.2 可行性分析
    3.2 過程優(yōu)化
        3.2.1 過程參數(shù)分析
        3.2.2 靈敏度分析
        3.2.3 經(jīng)濟優(yōu)化
        3.2.4 優(yōu)化結(jié)果對比
    3.3 動態(tài)控制
        3.3.1 自由度分析
        3.3.2 溫控板選擇
        3.3.3 基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)（CS1）
        3.3.4 改進控制結(jié)構(gòu)（CS2）
        3.3.5 組成-溫度串級控制結(jié)構(gòu)（CS3）
    3.4 本章小結(jié)
4 隔壁塔反應(yīng)精餾過程的設(shè)計與控制
    4.1 隔壁塔反應(yīng)精餾過程描述
    4.2 過程優(yōu)化
        4.2.1 過程參數(shù)分析
        4.2.2 經(jīng)濟優(yōu)化
        4.2.3 優(yōu)化結(jié)果對比
    4.3 動態(tài)控制
        4.3.1 自由度分析
        4.3.2 溫控板選擇
        4.3.3 基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)（CS1）
        4.3.4 組成-溫度串級控制結(jié)構(gòu)（CS2）
        4.3.5 氣相分配比控制結(jié)構(gòu)（CS3）
        4.3.6 動態(tài)響應(yīng)結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
5 不同流程穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟性和動態(tài)可控性的比較
    5.1 穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟性的比較
    5.2 動態(tài)可控性的比較
        5.2.1 絕對誤差積分
        5.2.2 動態(tài)響應(yīng)結(jié)果對比
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)論
參考文獻
附錄
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 丁良輝;劉從容;李乾軍;薛云波;;外部反應(yīng)精餾強化的環(huán)氧乙烷制乙二醇工藝模擬及其熱泵節(jié)能研究[J];石油學報(石油加工);2017年03期

2 薄翠梅;黃慶慶;湯吉海;張廣明;喬旭;;醋酸甲酯側(cè)反應(yīng)精餾過程的多變量動態(tài)控制[J];化工學報;2016年03期

3 李洪;孟瑩;李鑫鋼;高鑫;;乙酸戊酯酯化反應(yīng)精餾過程系統(tǒng)控制模擬及分析[J];化工進展;2015年12期

4 宋建國;黃玉鑫;孫玉玉;湯吉海;陳獻;崔咪芬;費兆陽;喬旭;;多效反應(yīng)精餾過程生產(chǎn)氯化芐的能量集成[J];化工學報;2015年08期

5 李軍;王汝軍;王丁丁;馬占華;孫蘭義;;差壓熱耦合反應(yīng)精餾應(yīng)用于乙酸甲酯水解研究[J];中國石油大學學報(自然科學版);2014年01期

6 張呂鴻;劉建賓;李鑫鋼;姜斌;李洪;;一種改進的差壓熱耦合精餾流程[J];石油學報(石油加工);2013年02期

7 李軍;王俊;馬占華;劉雪暖;孫蘭義;;差壓熱耦合反應(yīng)精餾塔的模擬研究[J];化學工程;2012年08期

8 孫蘭義;王汝軍;李軍;劉雪暖;;反應(yīng)精餾隔壁塔的模擬研究[J];化學工程;2011年07期

9 孫蘭義;張月明;周輝;楊德連;李軍;李青松;;反應(yīng)精餾隔壁塔水解醋酸甲酯的控制研究[J];石油化工;2009年11期

10 孫蘭義;楊德連;李軍;李青松;;反應(yīng)精餾隔壁塔內(nèi)合成乙酸甲酯的模擬[J];化工進展;2009年01期

相關(guān)碩士學位論文 前5條

1 胡文澤;反應(yīng)精餾塔的溫差控制及評價[D];北京化工大學;2016年

2 畢欣欣;反應(yīng)精餾隔壁塔的簡捷設(shè)計研究[D];中國石油大學（華東）;2013年

3 穆瑞娜;Keggin型雜多酸催化合成乙酸正戊酯的研究[D];蘭州理工大學;2013年

4 潘晶;乙酸戊酯反應(yīng)精餾塔的綜合設(shè)計與控制—強化內(nèi)部物質(zhì)耦合的影響[D];北京化工大學;2011年

5 寧亞南;反應(yīng)精餾應(yīng)用于內(nèi)部熱耦合精餾以及差壓熱耦合精餾技術(shù)的模擬研究[D];中國石油大學;2011年

本文編號：2851376