【摘 要】
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精馏过程具有应用广泛、能耗高的特点,采用复杂节能精馏过程可以显著降低精馏能耗,本文旨在为复杂节能精馏控制提出一种结合安全指数进行评价的新方案,以两个结合过程强化与热耦合的典型复杂节能精馏过程为例,分别建立了差压热耦合反应精馏合成乙酸异戊酯过程和萃取精馏隔壁塔分离异戊醇/异戊酮两种复杂节能精馏过程的稳态和动态模型,研究了过程的经济性、控制性能和安全性能。本文建立的稳态优化-动态控制-安全评价-优化设
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精馏过程具有应用广泛、能耗高的特点,采用复杂节能精馏过程可以显著降低精馏能耗,本文旨在为复杂节能精馏控制提出一种结合安全指数进行评价的新方案,以两个结合过程强化与热耦合的典型复杂节能精馏过程为例,分别建立了差压热耦合反应精馏合成乙酸异戊酯过程和萃取精馏隔壁塔分离异戊醇/异戊酮两种复杂节能精馏过程的稳态和动态模型,研究了过程的经济性、控制性能和安全性能。本文建立的稳态优化-动态控制-安全评价-优化设计完整策略为节能型精馏过程的设计与工业实践提供理论指导与研究思路。本文首先应用Aspen Plus分别对常规精馏过程和节能型精馏过程进行稳态建模,验证过程的可行性,并以年总费用为目标优化过程参数,验证节能型精馏过程的经济性;然后,应用Aspen Dynamics建立两节能型精馏过程的控制系统,并研究控制系统在扰动下的动态响应,遴选最佳控制系统;最后,使用过程路线指数分析各控制系统在系统故障下的安全性,确定影响系统安全的主要系统故障,并为控制系统添加安全保护措施。研究结果表明,在差压热耦合反应精馏合成乙酸异戊酯过程中,采用异戊醇微过量进料可以保证塔顶分相的同时得到负荷纯度要求的产品;经济性上,差压热耦合反应精馏相比常规反应精馏可以降低39.65%的操作费用和1.25%-19.05%的年总费用（回收期5-10年）;采用产品组分和进料组分控制进料比的控制结构可以在±10%进料流率扰动和+10%乙酸内水组分扰动下获得最佳控制效果;塔顶气相堵塞是危害该过程的主要过程故障因素,通过增设塔顶泄压阀的方式可以显著降低过程的风险。在萃取精馏隔壁塔分离环己醇/环己酮过程中,萃取精馏隔壁塔相比传统萃取精馏过程可以降低9.75%的操作费用,并降低2.52%的年总费用（回收期5年）;采用C1塔顶组分控制的控制系统（CS2）与进料/再沸器热负荷比例控制的系统（CS3）均可达到控制要求,但CS3系统在安全分析中表现出了明显安全优势;冷却水断流是威胁该过程安全的主要因素,通过增设塔顶泄压阀的方式可以显著降低过程的风险。
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