一種新型甲醇雙效精餾系統(tǒng)建模、動態(tài)行為與控制的若干問題研究.pdf

1、甲醇是僅次于烯烴和芳烴第三重要的基礎化工原料。近年來甲醇在新型能源特別是燃料電池和汽車燃料方面的用途得到了良好的開發(fā)，其需求帚與產(chǎn)能也隨著新用途的開發(fā)迅速提高。在合成甲醇工業(yè)生產(chǎn)過程中，粗甲醇的精制不僅是決定甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，而且也是影響甲醇生產(chǎn)成本的關鍵因素之一。因此甲醇精制工藝節(jié)能和節(jié)水研究，是具有重要的實際意義。隨著全球能源危機所引起的成本壓力，目前我國普遍采用節(jié)能型的三塔雙效精餾工藝精制甲醇。 本文的研究對象是20

2、05年吳嘉和陳露提出的一種新犁雙效精餾工藝(NLSF)，與傳統(tǒng)的工藝相比，新工藝能夠節(jié)約能量24.7％，節(jié)約軟水約38.0％。但是同時新工藝增加了系統(tǒng)的耦合程度，加強了兩個塔之間的關聯(lián)性，提高了系統(tǒng)對于進料波動的響應的復雜性，給控制帶來了很大的難題。為了能夠實現(xiàn)新工藝的工業(yè)應用，對新工藝進行詳細的動態(tài)行為研究和可控性分析是必須的。 本論文展開了嚴格機理模型的建立、模型參數(shù)尋優(yōu)、動態(tài)行為研究、可控性分析和閉環(huán)動態(tài)響應的比較以及與文

3、獻中提到的兩種典型的雙效精餾工藝(LSF和FS)進行對比。詳細內(nèi)容包括： 1.熱集成雙效精餾工藝的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)機理模型方法的介紹。在建立機理模型過程中充分考慮到新工藝操作變量相互耦合的復雜性，利用商業(yè)模擬軟件Aspen Plus與Aspen Dynamics建立了新工藝的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模型。為了使模型嚴格可靠，精餾塔模擬采用了考慮水力學影響的RADFRAC模塊，精餾塔的換熱器和冷凝器都采用獨立的換熱器Heatx模塊，并以實際甲醇精制工

4、藝中的設備參數(shù)和進料參數(shù)為模型參數(shù)。 2.為了對三種工藝穩(wěn)念模擬結果進行比較，必須首先解決操作參數(shù)求解的問題。熱耦合雙效精餾系統(tǒng)優(yōu)化是一個強約束下多變量優(yōu)化的難題，本論文采用模塊化結合分布式遺傳算法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)最優(yōu)化設計，求出LSF，F(xiàn)S和NLSF三種工藝操作參數(shù)。并對優(yōu)化后三種工藝的能耗和產(chǎn)品質(zhì)量進行分析比較。 3.對于NLSF這種熱耦合雙效精餾結構，系統(tǒng)中變量之間的耦合非常嚴重，為了建立合近的控制方案，必須對系統(tǒng)的動態(tài)行

5、為進行研究。本論文對系統(tǒng)對于進料擾動和操作變量擾動的開環(huán)動態(tài)響應進行詳細研究，觀察系統(tǒng)變景之間相互關系，總結新工藝的開環(huán)動態(tài)特性，并結合實際情況建立合理的控制策略。 4.分析和比較新工藝的不同控制方案的控制效果，進行可控性分析是必須的。本論文采用一些相關的準數(shù)對系統(tǒng)進行可控性分析，利用可控性分析結果對控制方案的控制效果進行預測。以幾種進料擾動為代表，比較新工藝不同控制方案下的閉環(huán)動態(tài)響應，對可控性分析的結果進行驗證并選出最優(yōu)的控