乙二醇單丁醚反應(yīng)精餾塔控制方案設(shè)計及分析.pdf

1、反應(yīng)精餾是典型的過程強化技術(shù)，由于將反應(yīng)和分離集中于同一個設(shè)備單元中，其控制方案的設(shè)計、控制回路的選擇具有特殊性。反應(yīng)精餾過程通常需要比普通的反應(yīng)-精餾過程更嚴格、靈敏、可靠的控制系統(tǒng)以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。這使得反應(yīng)精餾過程控制設(shè)計比較復(fù)雜。本文對環(huán)氧乙烷(EO)和正丁醇(n-Butanol)合成乙二醇單丁醚(EGMBE)反應(yīng)精餾塔的控制方案設(shè)計進行了研究，旨在為裝置的穩(wěn)態(tài)運行和操作控制奠定理論基礎(chǔ)。論文主要研究工作為:
　　(1

2、)在EGMBE反應(yīng)精餾工藝和穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了反應(yīng)精餾塔的控制要求:維持塔的正常操作;發(fā)生擾動后系統(tǒng)能夠恢復(fù)穩(wěn)定;保持反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率90％以上，目標產(chǎn)物選擇性在90％以上，塔底產(chǎn)品的摩爾純度在90％以上，發(fā)生擾動后產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。確定了操縱變量和被控變量，確定了反應(yīng)精餾塔使用溫度作為間接質(zhì)量指標，溫度靈敏板為反應(yīng)段第6塊板和提餾段第11塊板。EGMBE反應(yīng)精餾塔操縱變量分別是EO流量、n-Butanol流量、回流罐回流量、產(chǎn)品流

3、量、再沸器加熱介質(zhì)流量和冷凝器冷卻介質(zhì)流量。
　　(2)對反應(yīng)精餾塔進行了穩(wěn)態(tài)相對增益矩陣分析，得到了溫度控制回路的組合方式，穩(wěn)態(tài)相對增益矩陣分析得到溫度控制回路的組合:FEO-T6，QR-T11。其他控制回路根據(jù)經(jīng)驗確定為使用Fprod-LB;Freflux-LD; QC-P; Fn-Butanol單獨控制。Aspen Dynamic對發(fā)生n-Butanol進料流量±10％階躍擾動的情況時控制方案Ⅰ控制效果的模擬表明，n-But

4、anol進料流量減少10％會導(dǎo)致產(chǎn)品選擇性降低接近5％，n-Butanol的轉(zhuǎn)化率增大不足1％，80h內(nèi)塔底EGMBE摩爾組成減少5％并持續(xù)降低，增大n-Butanol進料流量10％時EGMBE的塔底摩爾組成、n-Butanol反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和EGMBE的選擇性的改變均不足1％，并且系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定運行?？刂品桨涪裨诎l(fā)生進料流量減少時不能夠達到控制要求，在n-Butanol進料流量增大時能夠達到控制要求。
　　(3)針對穩(wěn)態(tài)相對增益矩

5、陣不能考察動態(tài)過程變量的缺陷，設(shè)計了使用動態(tài)相對增益矩陣對反應(yīng)精餾塔進行分析，并設(shè)計控制方案的方法。動態(tài)相對增益矩陣分析得到全部控制回路組合:FEO-T6，QR-T11，F(xiàn)prod-LB，F(xiàn)n-Butanol-LD,QC-P。Freflux單獨控制。Aspen Dynamic對發(fā)生EO進料流量±10％階躍擾動后的控制方案Ⅱ的動態(tài)模擬結(jié)果表明，發(fā)生擾動后系統(tǒng)能夠在3～4 h左右恢復(fù)穩(wěn)定。DEGMBE（二乙二醇單丁醚）的含量變化不足1％。無

6、論EO進料流量增大還是減小，EGMBE的選擇性改變均小于1％。
　　動態(tài)相對增益矩陣法設(shè)計的控制方案Ⅱ能夠在較短的時間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，達到EGMBE反應(yīng)精餾塔的控制要求。動態(tài)相對增益矩陣能夠?qū)Ψ磻?yīng)精餾塔的全部過程變量間的耦合關(guān)系同時進行分析，得到全塔控制回路組合方法。使用動態(tài)模擬為基礎(chǔ)的動態(tài)相對增益矩陣能夠?qū)Ψ磻?yīng)精餾塔變量間的耦合關(guān)系進行分析，Aspen Dynamic模擬結(jié)果表明動態(tài)相對增益矩陣能夠用于反應(yīng)精餾塔的控制方案設(shè)計