PTA装置醋酸脱水塔的动态模拟及控制策略分析

以PTA装置醋酸脱水塔为研究对象,在该醋酸脱水塔的稳态模型的基础上,通过建立的平衡级动态数学模型以及补充设置好的动态参数,利用Aspen Plus软件建立好动态模型。以Aspen Dynamics软件为工具,用回流流量控制灵敏板温度,塔釜再沸器热负荷与进料流量F1呈比例控制,模拟设计出了控制策略CS1。又为了保证在进料流量扰动时塔底醋酸浓度更加稳定,利用塔釜再沸器热负荷来控制塔釜醋酸浓度,设计出了控制策略CS2。将两种不同的控制策略对其动态响应进行分析比较,得出在相同目标条件下表现更优的控制策略,为实际生产和控制方案的设计提供方向和指导。     

热集成变压精馏乙二醇脱水系统的控制方案优化

针对热集成变压精馏乙二醇脱水再生系统存在的操作不稳定等问题,基于Aspen Plus和Aspen Dynamics软件,在全流程稳态模拟的基础上,对其进行了动态模拟及控制方案优化。设计了改进型控制方案CS2,与常规控制方案CS1相比,两个塔的操作压力的控制回路是相互独立的,高压塔的塔釜液位由再沸器的导热油流量控制,低压塔的塔釜温度由塔釜的采出流量控制,再分别对进料流量和进料组成中乙二醇含量的阶跃变动的动态响应特性进行分析。结果表明,控制方案CS1基本能够抵抗进料流量和进料组成扰动对系统的影响,但相关控制响应会出现一定的滞后性,难以保证产品满足要求。改进的控制方案CS2对相同的进料流量和进料组成扰动有更好的抵抗能力,控制性能显著提高,保证乙二醇的质量分数不低88%,趋于稳定时产品质量变化幅度小于2%,且该方案在实际应用中涉及到的操作相对简单。本文为相关双塔耦合过程的稳定控制提供了一种新思路,对于双塔耦合在其他体系的工程应用也有借鉴作用。     

芳烃精制工艺模拟与控制

以某焦化厂的实际工艺为例,利用Aspen Plus软件,建立了以NFM为萃取剂的芳烃萃取精馏工艺流程模型,模拟结果与工业实际状况吻合。在此基础上,对现行工艺进行优化控制。利用Aspen Dynamic软件,分别对独立控制方案、关联控制方案进行流量和组分的扰动性能测试,分析出内在联系,并结合关联控制方案的优点,提出一种改进的控制方案。在改进的控制方案中,将各塔板温度控制器和塔底再沸器热负荷与进料的比值进行串级控制,加强了进料、塔板温度和塔底再沸器之间的联系。结果表明,改进的控制方案具有较好的控制效果。     

乙醇-苯-水非均相共沸精馏过程稳态模拟与动态控制

利用Aspen Plus流程模拟软件,以苯为轻夹带剂,建立了乙醇-苯-水三元非均相体系两塔共沸精馏工艺流程。对工艺流程中关键设备汽提塔和脱水塔进行了稳态模拟与优化,优化后的结果为:汽提塔共31块塔板,塔直径2.07 m,塔顶压力0.203 MPa,塔顶回流罐的温度313 K,回流比0.648,再沸器的热负荷9.149 MW;脱水塔共21块塔板,塔直径1.38 m,塔顶压力0.101 MPa,塔顶回流罐的温度347 K,回流比0.2,再沸器的热负荷4.57 MW。最终在汽提塔塔底可得到摩尔分数99.6%的乙醇产品。采用Aspen Dynamic建立了全工艺流程的控制结构,并对进料流量和进料组成的扰动进行了动态分析,结果表明:动态控制结构可满足对产品纯度的设计规定要求。研究结果对工艺与控制方案的选择具有重要的现实指导意义。     

反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯的优化与控制

对反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯过程进行了模拟、优化与控制的系统研究。利用Aspen Plus软件模拟乙酸甲酯与正丁醇的酯交换反应过程,以年总费用（TAC）为目标函数进行过程优化,通过稳态敏感性分析及相对增益矩阵（RGA）判据得到不同的操纵变量与控制变量匹配关系,以此为基础,在Aspen Dynamics平台建立了若干控制结构并进行分析对比。结果表明,利用两股反应物呈比例进料可较为有效地抵抗进料扰动,最后提出的无再沸器热负荷与混合物进料量比值（Q_r/F）控制的改进控制结构CS3,在降低反应精馏隔壁塔控制过程超调量方面有较大的优越性。     

环己烯催化精馏水合制备环己醇系统响应特征分析

环己醇是一种重要的有机化工产品,本文建立了一种加入助溶剂的环己烯催化精馏水合生产环己醇工艺。主要针对催化精馏塔进行了分析,希望可以为后续控制策略的研究提供基础,首先通过Aspen Plus Dynamics软件建立动态模型,并进行了RD塔有机相回流比、RD塔再沸器热负荷、进料流量三个操作变量扰动下的产品纯度和产量的动态分析。结果表明环己醇产量和纯度对于RD塔再沸器热负荷和RD塔有机相回流比的响应比较灵敏。其次,通过开环灵敏性分析和奇异值分解分析的方法对RD塔单温度控制方案和双温度控制方案的灵敏板位置进行了分析,单温控制和双温控制的结果一致,第7块板温度可由有机相回流比控制,第17块板温度可由再沸器热量输入控制。双温控制的条件数为1. 25,表明双温度控制方案从稳态角度看是可行的。     

变压精馏分离丙酮和环己烷的动态特性

基于丙酮-环己烷共沸体系的压力敏感性，利用Aspen Plus软件，以年度总费用(TAC)最小为目标函数对常规、部分及完全热集成变压精馏工艺进行稳态模拟与优化，并以经济最优的完全热集成变压精馏工艺为基础，借助Aspen Plus Dynamics软件建立多种不同控制结构，通过改变进料流量和进料组成考察了控制结构的有效性，并提出塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构。稳态模拟与优化结果表明，常规、部分和完全热集成三种工艺的最小TAC分别为3.64×105, 2.83×105, 2.76×105 $/y，经济最优工艺为完全热集成变压精馏。动态响应结果表明固定回流量/进料量控制结构在响应时间方面优于固定回流比控制结构，但产品纯度未达到设计值99.9wt%；而塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构能够有效保证产品纯度在99.9wt%及以上。     

反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯的优化与控制

对反应精馏隔壁塔生产乙酸正丁酯过程进行了模拟、优化与控制的系统研究。利用Aspen Plus软件模拟乙酸甲酯与正丁醇的酯交换反应过程,以年总费用(TAC)为目标函数进行过程优化,通过稳态敏感性分析及相对增益矩阵(RGA)判据得到不同的操纵变量与控制变量匹配关系,以此为基础,在Aspen Dynamics平台建立了若干控制结构并进行分析对比。结果表明,利用两股反应物呈比例进料可较为有效地抵抗进料扰动,最后提出的无再沸器热负荷与混合物进料量比值(Qr/F)控制的改进控制结构CS3,在降低反应精馏隔壁塔控制过程超调量方面有较大的优越性。     

乙烯装置脱乙烷塔的动态模拟分析

应用gPROMS和Aspen Properties,建立了乙烯装置脱乙烷塔系统的动态模型并对其进行了模拟验证,基于该模型研究了开车过程中脱乙烷塔系统的动态特性,以及在常规PID控制系统自动调节下,脱乙烷塔对进料量波动﹑进料中乙烯含量增加和进料温度下降等工艺参数扰动的动态响应。结果表明,开车过程中,及时超调回流量和再沸器加热量可以减少产品质量达到控制要求所需的时间;衰减震荡式进料量波动﹑乙烯含量增加和进料温度下降等工艺参数扰动,首先会引起再沸器液位的逆向动态响应,并且衰减震荡式进料量波动和乙烯含量增加都会引起塔顶丙烯含量和塔底乙烷含量的峰值波动。     

乙二醇脱水过程的模拟与分析

利用Aspen Plus软件模拟了乙二醇脱水塔的工艺流程。通过灵敏度分析功能,分析脱水塔塔底热负荷对塔顶和塔底产品质量的影响,考查当塔顶塔底产品质量合格时中间再沸器蒸汽用量和塔底再沸器蒸汽用量之间的关系,为脱水塔平稳运行提供指导。     

Design and control of a reactive-distillation process for esterification of an alcohol mixture containing ethanol and n-butanol

This paper presents an economical design flowsheet and overall control strategy for simultaneous esterifications of ethanol and n-butanol mixtures with acetic acid. In this work, a difficult-to-design reactive-distillation (RD) process, classified as mixed Type-II/Type-III system, has been studied. After comparing three alternative design flowsheets, an indirect-sequence design containing a RD column, a top decanter, and a stripper gives significantly lower total annual cost and energy consumption than the other two designs. In the control strategy development, conventional inventory control with RD bottom level controlled by manipulating RD bottom flow shows that this process would exhibit multiple steady-states. An improved inventory control strategy with a rather unusual pairing by controlling this level using reboiler duty is proposed to alleviate this complex dynamic behavior. The dynamic results show that the proposed plant-wide control strategy is capable of holding product specifications despite disturbances from throughput and feed composition changes.     

PTA装置溶剂回收工段精馏塔再沸器设计探讨

就PTA生产装置中的关键设备———精馏塔再沸器的设计进行探讨。运用工艺模拟软件AspenPlus对醋酸和水的强非理想性状态进行模拟,得到可靠的热力学数据。运用美国HTRI换热器计算软件分别对不同蒸发率、不同结构参数下的再沸器的换热效果进行计算和比较,综合考虑设备的制造、投资等因素,以确定合理的设计参数。     

基于Aspen Plus醋酸乙烯精馏塔的模拟优化

利用Aspen Plus软件,选择NRTL活度系数方程和Hayden-O′connell逸度系数方程的热力学模型,应用系统中的RadFrac精馏模块对醋酸乙烯精馏塔进行模拟,模拟值与实际值基本吻合。讨论了进料位置、回流比、塔顶侧线采出量等参数对精馏分离精度与能耗的影响,提出优化方案为：进料板为第62块,回流比为32,侧线采出质量流量为37.5 t/h。此参数下,重新进行计算,结果显示,塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热流量分别降低了15.5%和16.9%,塔顶侧线采出液中醋酸乙烯和塔釜采出液中醋酸的质量分数分别上升了0.4%和0.13%。     

工业PTA溶剂脱水过程动态模拟与分析

Dynamic model for dehydration process of industrial purified terephthalic acid solvent is investigated to understand and characterize the process.A temperature differential expression is presented,which ensures the equation to convergence and short computation time.The model is used to study the dynamic behavior of an azeotropic distillation column separating acetic acid and water using n-butyl acetate as the entrainer.Responses of the column to feed flow and aqueous reflux flow are simulated.The movement of temperature front is also simulated.The comparison between simulation and industrial values shows that the model and algorithm are effective.On the basis of simulation and analysis,control strategy,online optimization and so on can be implemented effectively in dehydration process of purified terephthalic acid solvent.     

反应精馏合成醋酸正丁酯的模拟和优化

利用Aspen Plus模拟了合成醋酸正丁酯的反应精馏过程,并分析各工艺参数对产品纯度和再沸器热负荷影响。通过优化得出最佳工艺参数为:理论塔板数为16;精馏段、反应段和提馏段塔板数分别为5、7和4;醋酸和正丁醇的进料塔板数分别为5和7;酸醇进料比为1:1;回流比为1。在此条件下产品醋酸正丁酯的纯度达99.55%;乙酸的转化率达99.71%,再沸器的能耗较低。     

Design and Control of Extraction Distillation for Dehydration of Tetrahydrofuran

Design and control of an extractive distillation system for tetrahydrofuran (THF) dehydration with ethylene glycol as entrainer is investigated. The main module is a two‐column system containing an extractive distillation column, whose top stream is the desired product THF, and an entrainer recovery column. Economic analysis with total annual cost as the objective function is developed. Two kinds of control strategies are explored for THF dehydration. The responses reveal that the control structure with fixed reflux ratio cannot maintain the bottom liquid level of the entrainer recovery column, while the control scheme with fixed reboiler heat duty/feed flow ratio exhibits good control performance in spite of large deviations in feed flow rate and feed composition.     

双氧水法制水合肼中间体提纯的数值模拟

在双氧水法制水合肼的过程中,通过研究产物的分离工艺流程,采用隔壁塔完成杂质的采出。用Aspen Plus软件对组分的分离与提纯进行计算机模拟,同时考察进料位置、进料温度、回流比和塔压等因素对结果的影响,得到最佳工艺操作参数,为实际生产提供理论依据。从隔壁塔塔顶采出的杂质和丁酮的摩尔比为0.023<0.03,符合回收的标准。同时,优化后冷凝器的能耗节省了14.1%,再沸器的能耗节省了10.8%。隔壁塔的主塔理论板数为42块,副塔理论板数为14块,进料位置为副塔第13块板,回流比为7,操作压力为0.101 MPa。塔底分离出的丁酮连氮百分数为98.2%。     

Control structure comparison for three-product Petlyuk column

The focus of this paper is to investigate different control structures (single-loop PI control) for a dividing wall (Petlyuk) column for separating ethanol, n-propanol and n-butanol. Four control structures are studied. All the results are simulations based on Aspen Plus. Control structure 1 (CS1) is stabilizing control structure with only temperature controllers. CS2, CS3 and CS4, containing also composition controllers, are introduced to reduce the steady state composition deviations. CS2 adds a distillate composition controller (CCDB) on top of CS1. CS3 is much more complicated with three temperature-composition cascade controllers and in addition a selector to the reboiler duty to control the maximum controller output of light impurity composition control in side stream and bottom impurity control in the prefractionator. CS4 adds another high selector to control the light impurity in the sidestream. Surprisingly, when considering the dynamic and even steady state performance of the proposed control structures, CS1 proves to be the best control structure to handle feed disturbances inserted into the three-product Petlyuk column.