亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于變徑-變壓塔的甲醇/氯仿二元共沸物精餾分離過程熱集成與動態(tài)控制

        2021-02-04 07:01:26單寶明張方坤艾自東吳忠旺李化國朱兆友
        應用化工 2021年1期

        單寶明,張方坤,艾自東,吳忠旺,李化國,朱兆友

        (1.青島科技大學 自動化與電子工程學院,山東 青島 266061;2.山東省思威安全生產(chǎn)技術中心,山東 濟南 250014;3.青島科技大學 化工學院,山東 青島 266042)

        control

        近年來,變壓蒸餾因其在分離共沸物體系時具有其它方法無法比擬的優(yōu)越性,得到國內外許多學者關注[1-3]。許多文獻探討了基于變壓蒸餾(PSD)分離共沸混合物的工藝設計、建模和過程優(yōu)化。其中,PSD過程熱集成及動態(tài)控制是蒸餾設計和工業(yè)實際應用的關鍵因素[4-6]。當不同塔截面的摩爾流量幾乎相等時,通常使用等徑塔,而當不同部分的摩爾流量相差很大時,采用變徑塔(VDC)。通過比較研究發(fā)現(xiàn),VDC-PSD通常比普通精餾塔具有更優(yōu)越的液壓性能[7]。

        本文在前人工作[8-10]基礎上研究了甲醇/氯仿二元共沸體系VDC-PSD的熱集成效應及動態(tài)控制仿真,對帶有熱集成的VDC-PSD的有效控制進行探索,并基于Aspen dynamics軟件進行了控制方案動態(tài)仿真。

        1 研究對象及操作條件

        根據(jù)文獻[11]的工藝過程,設定甲醇和氯仿分離過程的操作條件,最佳熱力學模型為NRTL。氯仿和甲醇的組成均為50%,總進料速度為100 kmol/h。所需的產(chǎn)物純度為99.5%。低壓塔與高壓塔的操作壓力分別為0.1 MPa和1.0 MPa。

        圖1顯示了在無熱集成情況下兩級變徑塔塔徑隨塔板數(shù)的變化。低壓塔在汽提段有明顯的直徑變化,高壓塔中存在足夠的直徑差,因此,改變兩個塔的直徑是可行的。其中,低壓塔直徑在第17段和第18段之間有較大變化,而高壓塔在第20段塔徑出現(xiàn)明顯變化。因此,低壓塔變徑位置為18段,而高壓塔變徑位置為第20段。

        圖1 無熱集成的VDC-PSD分離甲醇-氯仿的兩塔直徑分布Fig.1 Diameter distribution of two columns for separatingmethanol-chloroform without heat-integrated VDC-PSDa.低壓塔;b.高壓塔

        圖2顯示了甲醇-氯仿的VDC-PSD分離流程圖,低壓塔的再沸器(341.21 K)與高壓塔的冷凝器(405.67 K)之間的溫差約為64 K,這意味著可以進行熱集成。熱集成通常包括部分熱集成和完全集成。

        圖2 甲醇-氯仿的VDC-PSD分離流程圖Fig.2 Flowchart of VDC-PSD for separatingmethanol-chloroform

        由圖2可知,高壓塔冷凝器的熱負荷為 1.18 MW,而低壓塔再沸器的熱負荷為1.64 MW。因此,低壓塔需要一個輔助再沸器,要求的負荷是0.46 MW。該熱集成方式為部分熱集成。該操作方式可以通過更改塔位置直徑,并且保持最佳操作參數(shù)與不進行熱集成的過程相同實現(xiàn)。

        另一種熱集成方式是采用完全熱集成。即低壓塔的再沸器負荷完全由高壓塔提供,這可以通過調節(jié)高壓塔的回流比來實現(xiàn)。在Aspen plus中,兩個塔模塊的“設計規(guī)格”和“變化”功能用于調整塔底流速,以在每個塔中獲得所需的產(chǎn)品純度?!傲鞒淘O計規(guī)范”用于使低壓塔再沸器熱負荷QR1等于高壓塔塔頂冷凝器負荷QC2。該操作方式亦可以改變塔直徑,而最佳操作參數(shù)與不進行熱集成的過程相同。鑒于部分熱集成的PSD在普通塔和變徑塔節(jié)能上等效,本文主要對比分析無熱集成和完全熱集成的經(jīng)濟效益和動態(tài)控制。

        基于Aspen Plus對工藝流程進行穩(wěn)態(tài)分析后,確定所有必需參數(shù),然后將穩(wěn)態(tài)Aspen plus文件導出到壓力驅動的Aspen dynamics文件?;亓鞴藓图翰鄣拇笮】稍O置成半滿時可保持5 min?;亓鞴藓图翰鄣母叨扰c直徑之比均設置為2。使用泵和閥控制壓降和流量。

        本文采用動態(tài)控制方案基本控制結構:①進料由進料閥控制(反作用)。②通過控制冷凝器的熱負荷(反作用)來控制塔壓力。③兩個塔的回流比是固定的,以確保兩個塔在穩(wěn)定的條件下運行。④控制餾出液流量(正作用)以保持兩塔的回流罐液位。⑤控制底部流量(正作用)以保持兩塔的水槽水位。

        當集液槽或回流罐液位為75%時,閥門處于全開狀態(tài),液位控制器的增益(KC)為2的倍數(shù)。當閥門完全關閉時,集液槽或回流罐的液位為25%[8]。進料受流量控制,控制器的正常設定值(KC)為0.50,積分時間為0.30 min。

        在兩個溫度控制回路中,時滯均設置為1 min。兩個溫度控制器使用繼電器反饋測試和Tyreus-Luyben法整定來確定最終增益和周期[12-13]。

        2 基于VDC-PSD的甲醇/氯仿的熱集成分析

        2.1 無熱集成VDC-PSD控制方案

        在低壓塔中,操縱低壓塔的再沸器熱輸入以控制19段的溫度。與低壓塔不同,高壓塔的再沸器熱輸入被控制以控制24段上的溫度。由于簡單控制結構的性能很難滿足質量要求,因此,采用復雜控制結構,即添加了其他控制結構,例如回流/進料流量比,固定回流比和再沸器/進料流量比的熱負荷。經(jīng)測試成分/溫度組成串級控制結構具有更佳的控制效果,見圖3(CS1)。

        圖3 無熱集的甲醇/氯仿VDC-PSD的控制結構(CS1)Fig.3 Control structure for separating methanol-chloroformwithout heat integration (CS1)

        低壓塔和高壓塔均采用組分/溫度串級控制結構。通過分別測量塔底出料物流中甲醇和氯仿組分占比,然后將其作為輸入信號傳輸?shù)綔囟瓤刂破?。組分控制器的輸出信號作為溫度控制器的設定值。兩個串級控制器均為正作用,時滯時間為3 min。溫度控制器TC1和TC2正常調整,而成分控制器CC1和CC2分別與TC1和TC2組成串級控制進行參數(shù)整定。

        2.2 完全熱集成VDC-PSD控制方案

        確定精餾塔溫度最常用的原理是“坡度準則”[8],本文亦采用坡度準則進行變徑塔的溫度分析,見圖4。

        圖4 熱集成VDC-PSD塔溫度曲線和溫度變化率圖Fig.4 Temperature profiles and temperature slopvalue plots of two columns for heat-integrated VDC-PSDa,a′.低壓塔;b,b′.高壓塔

        由于完全熱集成的經(jīng)濟上的優(yōu)勢,選擇甲醇/氯仿完全熱集成的VDC-PSD來研究其可控性。通過在“流程圖”功能的文本編輯器窗口中輸入適當?shù)姆匠淌?,高壓塔可完全提供低壓塔的熱量輸入。通過控制回流比來控制低壓塔中第19段溫度,并且通過控制再沸器熱負荷來控制高壓塔第24段溫度。高壓塔中未包含壓力控制器,隨著操作條件的變化,壓力也會相應變化。

        類似地,基于上述控制結構,測試了幾種帶有溫度控制器的控制結構,但未能實現(xiàn)有效控制。從流程圖中刪除低壓塔的溫度控制器,并通過控制回流比來控制組成控制器。有效控制結構見圖5(CS2),其中,串級控制器為正作用。

        圖5 完全熱集成分離甲醇/氯仿的控制結構Fig.5 Control structure for separating methanol-chloroformwith full heat integration (CS2)

        3 動態(tài)控制仿真與結果分析

        對無熱集成的VDC-PSD控制,圖6顯示了控制結構(CS1)對進料流量在±20%擾動下,即進料流量分別為120 kmol/h和80 kmol/h時,以及在進料甲醇組分±20%擾動下,即40%(摩爾分數(shù))甲醇或60%時,甲醇氯仿產(chǎn)品質量及兩塔塔板溫度(T1,19,T2,24)的動態(tài)響應。

        由圖6可知,串級控制結構在維持兩個產(chǎn)品質量方面表現(xiàn)良好,在進料流量和組分±20%擾動下,組分和溫度控制均能達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。

        圖6 進料流量和組分擾動下無熱集成控制方案CS1的動態(tài)響應Fig.6 Dynamic response of CS1 under the disturbancesof feed rate and composition

        對具有完全熱集成的VDC-PSD控制,圖7顯示了CS2對進料流量和進料組成在±20%階躍擾動下的動態(tài)響應。

        由圖7可知,在進料流量和組分±20%擾動下,產(chǎn)品純度和兩塔溫度均能恢復到穩(wěn)態(tài)值,瞬態(tài)偏差很小,尤其是對于氯仿純度而言。

        圖7 進料流量和組分擾動下完全熱集成控制方案CS2的動態(tài)響應Fig.7 Dynamic response of CS2 under the disturbancesof feed rate and composition

        表1給出了不同控制結構的穩(wěn)態(tài)偏差。

        表1 甲醇-氯仿的穩(wěn)態(tài)偏差Table 1 Steady-state deviations of methanol-chloroform

        分析可得,與無熱集成的過程動態(tài)響應相比,采用完全熱集成的VDC-PSD分離過程不會增加控制難度,且控制方案CS2在進料流量和進料組分±20%擾動下,具有可與控制方案CS1相比的較小偏差。

        4 結論

        基于仿真研究了二元共沸物體系甲醇/氯仿的VDC-PSD分離過程。對二元共沸物體系甲醇/氯仿的VDC-PSD進行了熱集成分析,并基于Aspen dynamics 對控制方案進行了仿真分析,實現(xiàn)了在進料流量和組分±20%擾動情況下的有效控制。對比分析了無熱集成和完全熱集成的控制結構,發(fā)現(xiàn)具有熱集成的VDC-PSD不需要特殊的控制方案,但可以實現(xiàn)熱量有效利用。

        此外,本文熱集成控制策略可以對各種共沸體系的VDC-PSD熱集成有效控制設計提供有益參考,還可以針對不同體系進一步改進控制方案,充分發(fā)揮VDC-PSD的優(yōu)勢,推動其工業(yè)設計和應用。

        色婷婷七月| 成 人片 黄 色 大 片| 亚洲 欧美 偷自乱 图片| 国产亚洲精品a片久久久| а√资源新版在线天堂| 色婷婷七月| 妇女自拍偷自拍亚洲精品| 成人亚洲av网站在线看| 亚洲国产天堂久久综合网| 人妻中文字幕在线网站| 亚洲处破女av日韩精品| 久久久久久久妓女精品免费影院 | 性色av无码一区二区三区人妻| 狠干狠爱无码区| 超高清丝袜美腿视频在线| 一区二区在线观看日本免费| 国产激情久久久久久熟女老人| 少妇粉嫩小泬喷水视频www| 中文字幕乱码免费视频| 日韩美女高潮流白浆视频在线观看| 青青草视频视频在线观看| 娇小女人被黑人插免费视频| 中文字幕人妻第一区| 国产欧美日韩在线观看| 亚洲www视频| 国产成人亚洲精品一区二区三区| 亚洲中文字幕午夜精品| 又爽又黄又无遮挡的视频| 午夜福利电影| 国产伦码精品一区二区| 日韩精品视频av在线观看| 男女无遮挡高清性视频| 国产97色在线 | 日韩| 女同啪啪免费网站www| 久久久精品中文无码字幕| 91久久国产香蕉熟女线看| 加勒比一本heyzo高清视频| 国产香蕉97碰碰视频va碰碰看| 亚洲国产成人手机在线电影| 人妻风韵犹存av中文字幕| 精品久久有码中文字幕|