丁烯异构反应精馏过程动态模拟

建立了以严格的相平衡计算为基础的2-丁烯反应精馏制1-丁烯反应精馏塔的动态机理模型。用RKS方法和Scatchard—Hildebrand方程计算体系的逸度和活度，用可变阶数的NDFs方法求解全塔的组分物料衡算方程。结果表明，所建立的模型能很好的反映反应精馏开车过程的动态特性。     

汽-液两相反应精馏过程的反应-扩散模型与模拟计算——(Ⅰ)反应-扩散模型

本文根据汽-液两相的反应和传质、传热特征,结合两相界面的平衡性质建立了描述反应精馏过程实际板的反应-扩散(非平衡级)模型。从而避免了板效率取值问题和由此带来的计算不确定性。模型方程由汽-液两相质量衡算方程、焓衡算方程、汽-液相界面平衡关系式和组分浓度归一化方程等基础方程以及诸如有关的求算相间传质通量的特征方程组成。利用所提出的两组方程对汽-液两相反应精馏过程的实际板进行了模拟计算。     

应用弛豫法模拟计算甲醇精馏塔

应用弛豫法求解甲醇精馏过程物料衡算，汽液相平衡，摩尔分率归一，热焓衡算方程线，求得甲醇精馏塔各理论板的温度，组分浓度分布，与生产测定值相吻合。弛豫法计算甲醇精馏过程，具有内存占用少，计算省时，收敛速度快等优点。     

改进三对角矩阵法在粗甲醇精馏塔的模拟计算中的应用

应用改进三对角矩阵法求解甲醇精馏过程物料衡算、汽液相平衡、摩尔分率归一、热焓衡算方程组(MESH),求得甲醇精馏塔各理论板的温度、组分浓度分布,与生产测定值相吻合.改进三对角矩阵法计算甲醇精馏过程,该模拟方法具有计算速度快,且收敛稳定性高等特点.     

伴有平衡反应的分离过程的数学模拟(Ⅰ)板式反应精馏塔的模拟计算

本文提出了相平衡和化学平衡同时存在的多相复杂可逆反应的反应精馏计算方法。模型方程由物料衡算方程,化学平衡方程,相平衡方程,归一方程,焓衡算方程组成。模型分三层迭代求解。该算法可适用于非理想系统、反应动力学未知的快速可逆反应过程。并且对不同操作条件下的计算均能稳定收敛,可以进行操作条件的调优。应用该算法模拟计算未达到平衡的反应过程,可以预测各板上的最大转化率和各板组成。     

应用弛豫法模拟计算甲醇精馏塔

应用弛豫法求解甲醇精馏过程物料衡算，汽液相平衡，摩尔分率归一，热焓衡算方程组（ＭＥＳＨ），求得甲醇精馏塔各理论板的温度，组分浓度分布，与生产测定值相吻合．弛豫法计算甲醇精馏过程，具有内存占用少，计算省时，收敛速度快等优点．     

工业结晶过程的多相流与粒数衡算的CFD耦合求解

考虑不同尺寸的晶体为不同的分散相,通过有限体积法差分不同尺寸组的晶体求解粒数衡算方程,建立了质量衡算与粒数衡算之间的联系,在考虑晶体成核和生长的条件下,建立了稳态结晶过程的粒数衡算方程与多相流方程的耦合求解方法,得到了工业结晶过程的计算流体力学模拟模型。使用商业软件ANSYS CFD,采用该模型对DTB 型工业结晶器中氯化钾-水体系的结晶过程进行了模拟,最终获得不同尺寸晶体的流场和固体含量的分布信息,从而实现结晶过程的仿真模拟。对部分模拟结果与实验值进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

非均相催化精馏过程的模拟计算

提出了多组分非均相催化精馏过程的数学模型.该微分方程组的边值是未知的,但受全塔总物料衡算方程的约束,模型的求解是一个困难的边值问题.借助于多用标打靶法和Newton-Raphson迭代,本文提出了模型的有效解法.提出的算法亦适用于在填料塔内进行的非催化反应精馏过程.计算结果与实验数据的一致性令人满意.     

氢化松节油体系精馏计算模型及理论塔板数的确定

以氢化松节油为分离体系,确定精馏工艺线路和理论塔板数.选择双塔精馏流程分离提纯氢化松节油体系中的蒎烷和蒎烯组分,采用Wilson活度系数方程的相平衡模型,在全回流近似法物料衡算的基础上,编写VB程序对氢化松节油体系的精馏过程进行了逐板计算,结果表明,当蒎烷和蒎烯的塔顶回收率为99.0%和98.9%时,所需的理论塔板数分别为58块和22块.     

多组分精馏物料衡算分离指标的探讨

多组分精馏物料衡算的分离指标有20种,每种的计算方法均不同。浓度型用浓度杠杆规则求解直观快速。推导给出了20种指标下清晰分割假设物料衡算中采出流量的计算通式。分离指标间接地给出了精馏原料的分离因素。     

乳酸提纯新工艺动态建模仿真和控制系统设计

基于非平衡级和拟均相假设,建立了乳酸提纯反应精馏新工艺实验装置的动态机理模型.通过改进的数值计算方法提高了模型的求解效率,设计并实现了包含物性估算系统的模型仿真平台,以促进新工艺的工业化应用.利用仿真平台对新工艺装置进行了动态特性分析,在此基础上设计了两种单端质量控制方案:直接物料平衡和间接物料平衡方案.在不同类型和幅度的过程扰动下,分析比较了两种控制方案的调节性能.结果表明直接物料平衡方案控制品质优于间接物料平衡方案,可在不同扰动情况下满足过程的产品质量和转化率的联合控制要求.非平衡级动态机理模型能够反映反应精馏过程的动态特性,分析发现反应精馏过程有着独特的过程特性,基于机理模型的仿真平台是分析反应精馏特性的有效工具.     

苯氯化反应与精馏过程的模拟与实时监控系统

以反应与精馏集成生产氯化苯过程为研究对象,依据化工机制模型和动态特性,采用化工流程模拟HYSYS软件建立苯氯化反应与精馏集成过程流程模拟系统。采用Visual Basic语言编写通讯模块,实现WINCC集成监控系统和模拟系统数据之间的实时通信。构建了苯氯化反应与精馏集成过程的实时监控平台。实现了模拟过程动态显示、PID控制器参数整定、历史数据查询、报表显示与打印、实时报警等多项集成功能。     

乙酸戊酯酯化反应精馏过程系统控制模拟及分析

反应精馏技术是将反应和精馏两个单元操作耦合在一个设备中同时进行,其非线性给反应精馏过程的平稳操作和过程控制提出了更高的要求。目前,反应精馏过程控制研究都是针对特定反应体系进行的有针对性的研究,对于乙酸戊酯反应体系的控制研究少有报道。本文利用Aspen Plus和Aspen Dynamic 软件对乙酸戊酯的反应精馏过程进行动态模拟,针对塔釜产品组成要求提出温度控制和组成控制两种不同的控制方案,对两个控制系统分别进行±10%的进料流量扰动测试和酸醇比为1:1、1.2:1的进料组成扰动测试。研究了不同扰动对产品质量的影响并比较了两种方案在不同扰动干扰下的控制效果。结果表明:进料组成扰动会对两个控制方案造成较大影响;温度控制方案的控制稳定性要好于组成控制方案。     

二异丁烯反应精馏生产过程控制策略设计

二异丁烯是一种重要的化工中间体,近年来研究者提出了以催化裂化C₄为原料、采用反应精馏技术同时生产高纯二异丁烯和汽油添加剂的新工艺。由于反应精馏过程中非线性程度高,稳定控制困难,使得采用反应精馏技术生产二异丁烯过程的控制策略研究较少。采用Aspen dynamic软件进行动态模拟,针对反应精馏生产二异丁烯过程开发了温度控制方案、组分温度联合控制方案和组分温度串级控制方案。对3个控制系统进行（±10）%的进料流量扰动和（±5）%组成扰动测试并进行对比。结果表明：组分温度串级控制方案在添加扰动的情况下依然保证了二异丁烯质量分数99%,三异丁烯质量分数小于10%以及异丁烯转化率大于99%的要求,并且最终稳定时间约5 h,具有更好的抗干扰性能。研究结果能够为二异丁烯产品的生产工艺工业化应用提供设计依据。     

Impact of mass transfer coefficient correlations on prediction of reactive distillation column behaviour

A significant part of the safety analysis of a reactive distillation column is the identification of multiple steady states and their stability. A reliable prediction of multiple steady states in a reactive distillation column is influenced by the selection of an adequate mathematical model.For modelling reactive distillation columns, equilibrium (EQ) and nonequilibrium (NEQ) models are available in the literature. The accuracy of the nonequilibrium stage model seems to be limited mainly by the accuracy of the correlations used to estimate the mass transfer coefficient and interfacial area.The binary mass transfer coefficients obtained from empirical correlations are functions of the tray design and layout, or of the packing type and size, as well as of the operational conditions and physical properties of the vapour and liquid mixtures.In this contribution, the nonequilibrium model was used for the simulation of a reactive distillation column. For prediction of the binary mass transfer coefficient for a sieve tray, four correlations were chosen to show their impact on the prediction of the reactive distillation column behaviour. As a model reactive distillation system, the synthesis of methyl tertiary-butyl ether (MTBE) was chosen. The steady-state analysis and the dynamic simulation of the model system were done. Qualitative differences between the steady states were predicted using the chosen correlations.     

Composition estimation of multicomponent reactive batch distillation with optimal sensor configuration

An inferential state estimation scheme based on extended Kalman filter (EKF) with optimal selection of sensor locations using principal component analysis (PCA) is presented for composition estimation in multicomponent reactive batch distillation. The properties of PCA are exploited to provide the most sensitive dynamic temperature measurement information of the process to the estimator for accurate estimation of compositions. The state estimator is supported by a simplified dynamic model of reactive batch distillation that includes component balance equations together with thermodynamic relations and reaction kinetics. The performance of the proposed scheme is evaluated by applying it for composition estimation on all trays, reboiler, reflux drum and products of a reactive batch distillation column, in which ethyl acetate is produced through an esterification reaction between acetic acid and ethanol. This quaternary system with azeotropism is highly nonlinear and typically suited for implementation of the proposed scheme. The results demonstrate that the proposed EKF estimation scheme with optimal temperature sensor configuration is effective for inferential estimation of compositions in multicomponent reactive batch distillation.     

2,3-丁二醇分离纯化中反应精馏的实验和模拟

对反应萃取-水解精馏法分离发酵液中2,3-丁二醇工艺中的水解精馏进行了实验和模拟研究。实验验证了4,5-二甲基-2-丙基-1,3-二氧戊环(DPD)水解精馏得到2,3-丁二醇的可行性。采用Aspen Plus建立反应精馏模型,以UNIFAC为热力学方程,RadFrac为反应精馏模块,对常压下DPD的水解精馏进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。以2,3-丁二醇的收率为主要优化目标,考察最佳塔板数、进料位置、进料比、回流比和塔顶馏出比。模拟结果表明,在最佳操作条件下,塔釜2,3-丁二醇的收率为0.981,摩尔分率为0.150。     

Experiments and dynamic modeling of a reactive distillation column for the production of ethyl acetate by considering the heterogeneous catalyst pilot complexities

Great effort has been applied to model and simulate the dynamic behavior of the reactive distillation as a successful process intensification example. However, very little experimental work has been carried out in transient conditions. The work presents a series of experiments for the production of ethyl acetate from esterification of acetic acid and ethanol in a reactive distillation pilot column. The steady-state approach performed experiments with both excess of alcohol and stoichiometric feed configuration. Predicted and measured results show good agreement and reveal a strong dependency of the structured packing catalyst activity on the pilot geometry and its operating conditions. The transient process behavior of the heterogeneously catalyzed system was deeply investigated and continuous and dynamic data were collected for an equilibrium model validation, after different perturbations on parameters. The experimental validation is shown to be essential to provide realistic hydrodynamic parameters, to understand the sensitive parameters such as heat losses and to adapt values for the catalyst holdup as a function of the system.     

多目标遗传算法在反应精馏优化中的应用

反应精馏是反应与精馏的复合过程,因其具有选择性强、投资少、能耗低等优点而受到研究者们的广泛关注,并且在工业生产中得到广泛的应用。利用人工神经网络（ANN）模型来模拟反应精馏过程。在建立ANN模型时,首先用ASPEN软件模拟计算出多组数据以弥补实验数据不多的不足,并在此基础上用多目标遗传算法（GA）进行操作条件的优化。优化结果表明,多目标遗传算法结合ANN对反应精馏进行优化是可行的,而且具有很高的精度。以合成乙酸乙酯的反应精馏过程为例说明上述模拟和优化方法。