雙反應段反應精餾塔的綜合設計與控制研究.pdf

1、反應精餾技術(shù)是一種極其有效的過程強化技術(shù)，它將反應操作和分離操作集成在同一個塔器中，能夠克服可逆反應中化學平衡的限制，并極大程度地降低系統(tǒng)的能量消耗和設備投資成本，具有非常可觀的經(jīng)濟效益。經(jīng)過多年的研究，反應精餾塔在化工領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的運用，如簡單反應、并行反應和連續(xù)兩步反應等。已有的研究多采用單反應段反應精餾塔實現(xiàn)連續(xù)兩步反應的分離，這使得兩步反應在單元操作中難以協(xié)調(diào)，容易造成轉(zhuǎn)化率和選擇性偏低的問題，導致系統(tǒng)的能耗和設備投資很高

2、。為了解決這個難題，本文提出了一種雙反應段反應精餾塔結(jié)構(gòu)，兩個反應段的安排將有助于協(xié)調(diào)兩個反應之間的關(guān)系，從而提高系統(tǒng)的熱力學效率。本文的具體工作安排如下:
　　針對理想物系的連續(xù)兩步可逆反應，利用數(shù)學軟件Mathematica對該體系進行建模以及仿真研究，在雙反應段反應精餾塔穩(wěn)態(tài)設計的基礎上研究其動態(tài)特性，采用相對增益矩陣對系統(tǒng)的輸入輸出變量進行分析以確定合理的控制結(jié)構(gòu)，分析其在出現(xiàn)不同干擾的情況下的動態(tài)響應特性，并與單反應段反

3、應精餾塔的控制效果進行比較。結(jié)果表明，在加入流量干擾和設定值干擾的情況下，雙反應段結(jié)構(gòu)具有更好的動態(tài)控制效果，能更加快速平穩(wěn)地達到穩(wěn)態(tài)設定值，從動態(tài)的角度明確了雙反應段反應精餾塔的可行性。
　　此外在實際反應物系的研究中，通常會存在共沸、液液分相等多種復雜情況，以采用甲酸作為夾帶劑的環(huán)己烯兩步法制備環(huán)己醇為例，文中對雙反應段反應精餾系統(tǒng)進行了進一步的綜合設計與分析。該反應體系采用化工流程軟件Aspen Plus建模，以最小年度總費