外部热耦合复合精馏塔的简化设计对系统控制的影响
随着能源危机的加剧和生态环境的恶化，节能减排已成为全世界各国的广泛共识。精馏过程是石油化工工业过程主要的耗能单元，因此在节能研究方面有很大的潜力很大。基于热耦合技术开发的外部热耦合复合精馏塔(Extemally Heat-Integrated Double Distillation Columns：EHIDDiC)的研究是这些研究中一个崭新的探索。
外部热耦合复合精馏塔即通过两个精馏塔的精馏段和提馏段之间的热交换实现节能，两塔的压差提供了热交换的传质推动力；同时，高压精馏塔精馏段向低压精馏塔提馏段传递的热量为高压精馏塔提供了向下的回流同时为低压精馏塔提供了向上的气流，从而节省了高压精馏塔的冷凝器和低压精馏塔的再沸器。
根据耦合的精馏段和提馏段相对位置的不同，外部热耦合复合精馏塔可分为对称型和非对称型两种。进一步的，为便利外部热耦合复合精馏塔的设计和实现，可通过多个外部换热器近似精馏段和提馏段之间的外部热耦合得到简化型。高能效和稳定的可操作性时常难于同时具备，需要精心设计其稳态操作条件和控制系统。从对称型到非对称型的过渡，以及为便利设计和实现以外部换热器取代外部热耦合的简化型，是否能在稳态经济性和动态可控性两方面实现双赢是值得探讨的。
为此，本文以乙烯乙烷二元物系分离为对象，对三种构型的外部热耦合复合精馏塔建立了稳态模型，通过稳态仿真进行稳态特性的比较和开环可控性分析。对三种构型的外部热耦合复合精馏塔建立了动态模型，设计了一种四点浓度控制系统，通过对三种构型的闭环动态仿真对外部热耦合复合精馏塔的动态特性做了比较。三种构型中，非对称型和简化型外部热耦合复合精馏塔不仅在热效率方面，而且在过程动态性和可控性方面均优于对称型。对比非对称型和简化型，两者在过程设计和可控性分析方面显示了类似的特性。
研究结果说明，在外部热耦合复合精馏塔的开发设计中，综合考虑经济性和可控性，非对称结构优于对称结构。并且，为便利精馏塔的设计和实际实现，以多个外部换热器近似外部热耦合结构的想法是可行的。文中通过开环可控性分析预测系统闭环动态特性的方法，有利于综合考虑系统稳态和动态特性的关系，辅助控制系统的设计。
复合精馏塔;外部热耦合;系统控制;节能设计;稳态模型
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
黄克谨
2010
中文
TE962.02
75
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）