【摘要】：反應(yīng)精餾將反應(yīng)操作與分離操作整合到一個操作單元中,與傳統(tǒng)的化工流程相比,減小了設(shè)備投資,降低了生產(chǎn)成本,使得反應(yīng)精餾的研究勢在必行。然而,在處理最不利相對揮發(fā)度序列的反應(yīng)時,傳統(tǒng)反應(yīng)精餾塔(Conventional reactive distillation column,CRDC)使用的是單股側(cè)線出料的過程配置,以及全回流全回?zé)岬墓ぷ髂Ｊ?反應(yīng)段位于整個精餾塔的底部,反應(yīng)物從底部和中間進料,這導(dǎo)致了反應(yīng)操作與分離操作的不協(xié)調(diào)性,不能對系統(tǒng)進行有效的控制,針對這種情況,可以采用外部環(huán)流反應(yīng)精餾塔(Reactive distillation column with a top-bottom external recycle,RDC-TBER)。在此結(jié)構(gòu)中,未反應(yīng)的反應(yīng)物(相對揮發(fā)度為最輕和最重,趨向于在RDC-TBER的頂部和底部聚集)通過外部環(huán)流返回到反應(yīng)段發(fā)生進一步反應(yīng),因此可以大幅提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。然而,RDC-TBER相當(dāng)于對CRDC進行了結(jié)構(gòu)翻新,這導(dǎo)致RDC-TBER的動態(tài)特性與控制方案仍然是個未知數(shù),因此,有必要對這一問題進行研究。本課題詳細研究了在處理最不利相對揮發(fā)度序列的反應(yīng)時,RDC-TBER的動態(tài)特性與控制,尤其關(guān)注外部環(huán)流對系統(tǒng)的影響。在研究的過程中,要對RDC-TBER進行控制,RDC-TBER共有6個操作變量:1、回流量,2、冷凝器熱負荷,3、最重反應(yīng)物進料流量,4、出料流量,5、再沸器熱負荷,6、外部環(huán)流流量;前五個操作變量分別控制塔頂液位、塔壓、靈敏板濃度、出料濃度、塔底液位,外部環(huán)流流量作為操作變量,在本文中提出兩種不同的控制方案,分別是:1、外部環(huán)流流量采用流量控制,將其固定在穩(wěn)態(tài)值附近;2、外部環(huán)流流量控制中間出料產(chǎn)物的濃度。研究表明,通過外部環(huán)流的結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的動態(tài)特性與可控性相比于CRDC有了明顯的提升。本課題分別通過理想四元放熱可逆反應(yīng)和乳酸的酯化反應(yīng)的仿真實驗,驗證了外部環(huán)流結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)動態(tài)特性與控制的影響。在相同的擾動情況(進料流量擾動、進料組分擾動、出料濃度擾動)下,RDC-TBER的控制效果要優(yōu)于CRDC,同時,RDC-TBER中,外部環(huán)流流量控制中間出料產(chǎn)物的濃度的控制方案比外部環(huán)流流量采用流量控制有更好的控制效果。本文的研究證明了在處理最不利相對揮發(fā)度序列的反應(yīng)上,RDC-TBER對改善系統(tǒng)的動態(tài)特性與控制效果十分有效。
【圖文】：

上述ＣＲＤＣ在處理最不利相對揮發(fā)度序列的反應(yīng)的時候，由于反應(yīng)物之間相對揮逡逑發(fā)度差異過大，嚴重影響反應(yīng)的進行，為了解決這個問題，我們提出了邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的逡逑結(jié)構(gòu)１４３］（如圖２－ｌｂ）。在ＣＲＤＣ的基礎(chǔ)上，增加從頂部到底部的一個外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，逡逑這樣，ＲＤＣ－ＴＢＥＲ就有四個反應(yīng)結(jié)構(gòu)：提餾段，精餾段，反應(yīng)段和外部環(huán)流部分。依逡逑然采用底部和反應(yīng)段最上端塔板進料的方式，但在ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)最輕的逡逑反應(yīng)物Ａ在頂部積聚的時候，可以通過外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，將在頂部積聚的反應(yīng)物Ａ重逡逑新引流回底部的反應(yīng)段當(dāng)中，相當(dāng)于直接增加了反應(yīng)物，同時減少了頂部反應(yīng)物的積逡逑聚，促進了整個反應(yīng)向我們需要的方向進行。逡逑與ＣＲＤＣ相比，ＲＤＣ－ＴＢＥＲ增加了一個外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上看，增加外部逡逑環(huán)流提取頂部未反應(yīng)的反應(yīng)物Ａ的設(shè)想是行之有效的，，但是，增加外部環(huán)流的結(jié)構(gòu)，逡逑必然會對整個系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響

圖５－２邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ的穩(wěn)態(tài)特性：（ａ）各個組分在每塊塔板上的濃度分布，（ｂ）各塊塔板上氣相和逡逑液相流量，（ｃ）每塊塔板上穩(wěn)態(tài)反應(yīng)速率，（ｄ）系統(tǒng)穩(wěn)定時每塊塔板的溫度逡逑Ｆｉｇ．５－２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｅａｄｙ邋ｓｔａｔｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ＲＤＣ－ＴＢＥＲ：邋（ａ）?
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ053.5

【參考文獻】

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本文編號：2622242