新型精餾-蒸發(fā)-熱泵集成系統(tǒng)的動態(tài)行為研究.pdf

1、精餾過程是化工工業(yè)中耗能最大的單元操作之一，在當今能源價格持續(xù)上漲的情況下，精餾操作能耗的降低便具有極其重要的意義。而熱集成與精餾的結(jié)合作為節(jié)能的一種主要方法，其發(fā)展和應用也受到了廣泛的關注和較為深入的研究。
　　 本文針對植物多糖提取液的精制分離過程，提出一種新型的DVH流程。通過精餾塔側(cè)線出料和蒸汽噴射泵的結(jié)合，完成蒸發(fā)過程并回收了蒸汽潛熱，將精餾、蒸發(fā)和熱泵三個操作單元進行集成，不僅節(jié)約了一個蒸發(fā)器，節(jié)省下了設備費用，并且

2、通過產(chǎn)品蒸汽潛熱的再利用，使DVH流程比傳統(tǒng)流程的能耗降低34％以上。但是同時，新流程增加了系統(tǒng)的耦合程度，給生產(chǎn)過程中的控制和系統(tǒng)的開車帶來了很大的難題，為了能夠?qū)崿F(xiàn)新流程的工業(yè)應用，對其進行詳細的可控性分析和動態(tài)行為研究是必要的。
　　 本文展開了嚴格機理模型的建立、動態(tài)行為研究、可控性分析、控制結(jié)構(gòu)的選擇和閉環(huán)動態(tài)響應的比較、開車方案的設計和開車過程的模擬優(yōu)化等研究，具體的內(nèi)容包括：
　　 1．采用商業(yè)模擬軟件As

3、pen Plus中的嚴格非線性模型對DVH流程進行穩(wěn)態(tài)模擬，在模擬中精餾塔采用Radfrac模塊，并且應用了嚴格的水力學計算方法。換熱器都采用獨立的換熱器Heatx模塊。所有單元操作模塊的計算所需數(shù)據(jù)均根據(jù)工廠實際設備參數(shù)選取。并通過Aspen Plus結(jié)合分布式并行遺傳算法計算出系統(tǒng)在穩(wěn)定生產(chǎn)時的最優(yōu)操作參數(shù)；
　　 2．采用Aspen Dynamics和Aspen Custom Modeler對DVH流程進行動態(tài)建模，并對系

4、統(tǒng)對于操作變量擾動及進料和蒸汽擾動的開環(huán)動態(tài)響應進行分析，觀察系統(tǒng)變量之間的相互關系，總結(jié)其開環(huán)動態(tài)特性，并根據(jù)流程的特點建立起可能的控制結(jié)構(gòu)；
　　 3．本文采用相對增益矩陣、NI準數(shù)和MRI準數(shù)來對不同控制結(jié)構(gòu)的傳遞矩陣進行對比分析并判斷系統(tǒng)的可控性，從而選擇出較優(yōu)的控制結(jié)構(gòu)來做進一步的討論；
　　 4．針對上述的控制結(jié)構(gòu)，本文對濃度直接控制和預測控制兩種方案及不同混合蒸汽壓力的狀態(tài)在操作變量擾動及進料和蒸汽擾動情況

5、下的閉環(huán)動態(tài)響應進行了分析，選擇出了在不同擾動下的最佳控制方案，并總結(jié)了各種控制方案的優(yōu)勢和不足；
　　 5．最后，本文對DVH流程進行了解耦，提出了一種獨特的開車方案，以工藝軟水作為初始進料，在蒸汽噴射泵可以提供穩(wěn)定熱源后再將提取液作為進料。并通過對開車過程進行動態(tài)模擬，獲得了系統(tǒng)隨時間的變化趨勢和較佳的操作參數(shù)。同時，對塔頂和塔底的出料時間及出料濃度進行了優(yōu)化，避免了不合格產(chǎn)品需要循環(huán)進入系統(tǒng)的問題，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并實