关于精馏塔设备的设计与节能探究
发表时间：2019-09-10T16:42:57.827Z 来源：《工程管理前沿》2019年第14期作者：王占伟
[导读] 作为化工行业中最耗能的工业，石油化工工业长期面临降能耗省能源的问题。
美克美欧化学品（新疆）有限责任公司 841000
摘要：作为化工行业中最耗能的工业，石油化工工业长期面临降能耗省能源的问题。而在石油化工行业，使用最普遍的分离单位是精馏，介于精馏过程的能量消耗高，热力学效率低，因此，精馏塔的设备始终是化工节能设计的关键部分。
关键词：精馏塔；设备设计；节能
1引言
由于能源的不断消耗，对具有较高能耗的精馏过程的研究始终具有广阔的发展前景。自21世纪初以来，科学水平的提升，精馏塔的计算机辅助设计逐渐替换掉了人工计算和设计。精馏塔的研究热点也正在通过初步整改，从作为一个单元发展，到进行反应与精馏相耦合的反应精馏，然后逐步向高能效、低投资的分隔壁精馏塔（DWC）的研究。
2精馏塔精馏技术原理
2.1精馏工艺技术
混合物会在各种成分挥发时发生变化，精馏在这一原理下，通过气体，液体回流，从而将气体和液体之间实现逆向多解，使相对挥发性成分强的从液相中逐渐向气体中流出，挥发相对弱的部分逆向进行移动以分离混合物，这是精馏过程。在精馏过程中，质与热是同步传递的，原料进入精馏塔，则精馏段位于塔的上半区，反之如果没有进原料，提馏段位于下半部分。所谓的精馏技术，是指借助蒸馏设备中的转移设施输送的适量浓度的液体，这部分溶液通过连续气化和冷凝，并在精馏塔顶部与底部共同得到产物的生产过程。在整个精馏塔精馏过程中，必须同时操作其他技术设备。在石化行业，大多数精馏设备采用连续精馏运行方式。
2.2连续精馏工艺技术的运行
原材料运输到进料口，接着将整个精馏塔分成精馏工艺段和萃取工艺段；因为每个组别具有不同的沸点，从而导致低沸点的气化升腾，另一方面，高沸点组流下溶液并通过精馏塔内的蒸汽上升；蒸馏分离后，液体的下半部分被引出，部分液体被连续加热，然后返回精馏塔；在冷凝器中部分干净地转化成液体，并通过回流泵送入回流罐。这部分蒸气的有些成为产品，有些作为回流液流回蒸馏塔。
2.3关于精馏塔能源节约和优化
在当前的社会经济和科学背景下，精馏塔的节能降耗问题与科学和理论研究以及各个公司的实际研究难度相吻合。通过一系列科技人员的付出和现实实践，取得了一定优化成果。要逐步改善再沸器和冷凝器的热交换效果；要修改精馏塔多塔精馏工艺，尽早将精多效馏技术应用于精馏塔过程中；要开发高效的普通填料，更换板塔；要在精馏塔的节能控制部分中，如有需要，使用热交换泵技术。
3精馏塔设备设计分析
3.1关于塔板的设计
近年来，精馏塔的设计变得更加完善。大量试验结果表明，组合导向浮阀的效率明显高于传统塔板，对生产效率是极大提高。通过分析塔板上区域的流动状态，发现塔板的导电液压效应，进一步提高了传质效率。FGC-vT是用于精馏过程的相对较新的塔板，不仅提高了塔的效率，而且提高了塔的灵活性，从而降低了能耗。
3.2关于填料的设计
最初，精馏塔中的填料主要是竹片和石头。目前科学技术发展迅速，深化了精馏塔填料的研究，陶瓷拉西环成为蒸馏塔的新型填料。由于压降小和流量大的优点，工业中填料塔的使用变得越来越广泛。在精馏塔的设计中，精馏塔的内部构件用网孔波纹填料，在同一过程的基础上，不仅可以促进精流塔的负荷，而且可以实现高效节能的双赢局面。
3.3其他方面的设计
在精馏塔的设计中，可以改变混合塔板的位置和进料位置。如若优化设计，则会设计多个进料口，以便某些材料可用于特定设计，根据进给类型选择相应的进给连接。以这种方式，可以避免在精馏过程中组合物的波动，从而确保精馏的效果并增加产量。如果特定瘤区段中存在大的负荷区域，则混合的塔板可被使用进行有效低耗蒸馏。
4精馏塔的节能优化设计
4.1分隔壁精馏塔设计
分隔壁精馏塔在精馏塔内设有垂直隔板，精馏塔分为四段，分别是上方共用精馏段、下方共用提馏段、隔板隔开的精馏供给段以及中间侧线采出段。它对应于具有完整热电偶的特定类型的精馏塔，并且在热力学上等同于具有完整热电偶的精馏塔。由于其特殊结构，DWC 塔拥有许多优势，而这并非一般侧线精馏塔所具备的。
对于分隔壁精馏塔的静态设计，研究了三种不同位置的分隔壁精馏塔的动态特性，与控制策略相比，结果表明DWCU在三种形式中表现最差。在大多数情况下，DWCL具有更好的动态性，但同时需要更多的耗能。与DWCL相比，DWCU在可控性能方面没有明显差异，但经济效益具有明显优势。有研究者通过分析甲苯--二甲苯--重苯系精馏分离粗苯精制，对传统的分离顺序和分隔塔技术进行了定量测试和比较，发现传热和传质耦合的技术在能源效率方面提供了显着的特点。鉴于中国目前的能源状况和未来化工行业的发展趋势，大力发展和推进相邻壁塔技术的进步具有至关重要的意义。
4.2反应精馏与分隔壁精馏塔的耦合
反应精馏塔的结构具有特殊性，Muler等在2004年定义了反应精馏隔壁塔（RDWC）的概念。反应精馏和隔壁塔的优势在RDWC上得到融合，通过减少工艺，降低能耗，减少投资和提高选择性，可作为化学工业的新研究热点。IvoMueller等根据反应速率在反应精馏隔壁塔中进行了模拟。由于反应体系的特点是转化率比较高、选择性较低，模拟的目的是将酯基相互转移到碳酸酯，模拟是理论上被证实的，采用隔壁塔技术和反应系统可有效提高选择性和可分离性，减少操作单元数量，节省设备投资。此外，许多相关材料证实，分隔壁精馏塔的新工艺科技可利用在现有的反应精馏工艺，从而节约能源和设备损耗。孙兰义等用RDWC模拟了乙酸甲酯的合成，解释了回流比和气相分配比对反应精馏隔壁塔性能的影响。与传统工艺相比，反应精馏隔壁塔可以节省再沸器消耗11.9%的能量，可有效降低设备的损耗和运行资本。齐彩霞通过模拟和控制分隔壁塔中碳酸二乙酯合成过程，对精馏隔壁塔流程和一般方法的有效对比，发现在反应精馏隔壁塔中合成
炼油、石化生产过程中大量存在的分离、换热和反应工序,节能潜力巨大。能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费量居世界前列,而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户,能耗量约占全国能源总消费的9%-10%,占工业用能的13%-15%,因此,化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前,化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。本文就我国化学工业中最普通也是能耗较多的分离过程这一领域中的一些节能现状作一粗略介绍。 一精馏过程的节能降耗 精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。国内外已开发并应用了一些节能型耦合精馏塔，如反应精馏塔（Reactive Distillation Column）、热耦合精馏塔（Petlyuk Column）、隔板精馏塔（Dividi Wall Column，简称DWC）等。 精馏过程的节能主要有以下几种基本方式:提高塔的分离效率,降低能耗和提高产品回收率;采用多效精馏技术;采用热泵技术等。 板式塔 1.1.1高效导向筛板 高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点,目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。 1.1.2板填复合塔板 板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距的空隙,设置高效填料,以降低雾沫夹带,提高气体在塔内的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质,进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。 1.1.3复杂精馏塔 传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宇【1】等进行了复杂精馏塔的研究,与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较,能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计,因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中,热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。他们采用 Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗;主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计,所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔,并允许不同的选择结构互相比较:提出了以能量消耗最小为目标的,多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。他们以四组分烷烃混合物的分离为例,根据详细的热偶精馏塔数学模型,计算了热偶精馏的能耗、年总费用,并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标,对两种热偶精馏序列进行了整体优化。 填料塔 填料是填料塔最重要的传质内件,其性能主要取决于填料表面的湿润程度和气液两相流体分布的均匀程度。 1.2.1新型高效规整填料 高效导向筛板是北京化工大学科研人员在对包括筛板塔板在内的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结果。 新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在将其进行物理的和化学的方法处理后,填料的分离效率大为提高。主要优点有:(1)理论塔板数高,通量大,压力降低;(2)低负荷性能好,理论板数随气体负荷的降低而增加,没有低负荷极限;(3)放大效应不明显;(4)适用于减压精馏,能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求,为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。 1.2.2新型高效散堆填料 (1)金属鲍尔环填料,它采用金属薄板冲轧制成,由于在环壁上开了许多窗孔,使得填料层内的气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料,这种填料降
精馏塔的控制要求 2.1 质量指标 混合物分离的纯度是精馏塔控制的主要指标。在精馏塔的正常操作中，产品质量指标就必须符合预定的要求，即保证在塔底或塔顶产品中至少有一种组分的纯度达到规定的要求，其他组分也应保持在规定的范围内，因此，应当取塔底或塔顶产品的纯度作为被控变量。但是，在线实时监测产品纯度有一定的困难，因此，大多数情况下是用精馏塔内的“温度和压力”来间接反应产品纯度。 对于二元精馏塔，当塔压恒定时，温度与成分之间有一一对应的关系，因此，常用温度作为被控变量。对于多元精馏塔，由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物，在一定的塔压下，温度与成分之间仍有较好的对应关系，误差较小。因此，绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。 2.2 平稳操作 为了保证精馏塔的平稳操作，首先必须尽可能克服进塔之前的主要可控扰动，同时缓和一些不可控的主要扰动，例如，对塔进料温度进行控制、进料量的均匀控制、加热剂和冷却剂的压力控制等。此外，塔的进出物料必须维持平衡，即塔顶馏出物与塔底采出物之和应等于进料量，并且两个采出量的变化要缓慢，以保证塔的平稳操作。另外，控制塔内的压力稳定，也是塔平衡操作的必要条件之一。 2.3 约束条件 为了保证塔的正常、平稳操作，必须规定 某些变量的约束条件。例如，对塔内气体流速 的限制，塔内气体流速过高易产生液泛，流速 过低会降低塔板效率；再沸器的加热温差不能 超过临界值的限制等。 3精馏塔的温度控制 精馏塔控制最直接的质量指标是产品的组分，但产品组分分析周期长，滞后严重，因而温度参数成了最常用的控制指标，即通过灵敏板进行控制[3]。 3.1 精馏段温度控制
精馏塔技术及其装置 摘要 本文综述了精馏塔设备的类型及特点，工作原理及在化工行业的生产运用优点和不足等内容，并对目前国内外精馏塔的现状及发展趋势做了介绍。精馏的原理是在一定条件下使气液两相经过多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离。精馏有很多的设备如湿壁塔,填料塔和板式塔等几种重要的传质塔设备，其中板式精馏塔中的塔板结构是决定板式精馏塔中流体多相流动时的动力学体系特性的最重要因素之一，而筛板塔节省了投资费用，改善了生产条件，因而还提高了产品（乙醇）的产量和质量。因此，对筛板精馏塔塔板的研究改进，掌握先进的精馏技术对化工企业经济效益提高和促进社会积极发展有着重要的意义。 关键词：精馏塔，设备，进展，发展趋势 引言 精馏塔设备是煤化工、炼油、石油化工等生产中最重要的设备之一，化工企业生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满意储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。在化工生产中精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，精馏塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响，
对精馏塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到化工企业的经济效益[1，2，3,4]。 1精馏塔概述 1.1 精馏的原理与意义[5] 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏塔是根据混合物中各组份挥发度的不同，在每层塔板上进行多级部分气化和部分冷凝，从而达到使混合物各组份分离的设备。与其它化工单元操作相比，精馏装置虽然比较简单，但生产运行中经常出现各种各样的问题而影响精馏装置的操作，从而导致塔顶或塔底产品不合格，严重制约生产装置的运行造成产品损失。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到化工企业的经济效益。 1.2板式精馏塔的类型及特点[6] 精馏塔是化工生产中最重要的设备之一，精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益，影响着企业未来的发展。所以说对精馏塔的研究越详细越好。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出
文献综述 前言 丙烯是三大合成材料的基本原料,在化工生产中扮演着重要的角色。主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等[1]。用以生产多种重要有机化工原料、生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品。其对环境有害，建议用焚烧法处理。丙烷易燃，常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。有单纯性窒息及麻醉作用，10%浓度以下的丙烷，会引起轻度头晕；接触高浓度丙烷会使人出现麻醉、意识丧失等状态；极高浓度时可致人窒息。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛的应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成成分的分离过程是同时进行传质传热的过程[2]。
一、研究有关背景 1、简述 精馏过程在能量剂的驱动下，气、液两相多次直接接触和分离，因液相混合物中各组分由液相向气相转移，而难挥发组分则由气相向液相转移，从而实现原料中各组分的分离。该过程是同时进行的传质、传热的过程。为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的存储、输送、传热、分离、控制等的设备和仪表。由这些设备和仪表等构成精馏过程的生产系统，即所要设计的精馏装置。 2、原理 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分(重组分)却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，该过程被称为精馏。 精馏过程中，传热、传质过程同时进行。原料从塔中适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分产品[3]。 3、发展前景 未来精馏塔控制与节能优化的研究可以着眼于以下方向：继续精馏塔控制算法与优化策略的研究，提出更多更有效且易于实现的方法；开发研究完整、适用的控制与优化约束监督级，保证精馏塔先进控制与优化系统的长期有效运行；进一步研究精馏塔机理，根据实际装置的具体特点设计有针对性的控制系统、控制算法以及优化策略[4]。 二、研究内容 1、性状及功能 丙烯用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等。用以生产多种重要有机化工原料、生成合成树脂、合成橡胶及多种精细化学品等。 丙烷常用作烧烤、便携式炉灶和机动车的燃料。丙烷通常被用来驱动火车，公交车，叉车和出租车，也被用来充当休旅车和露营时取暖和做饭的燃料。 丙烯和丙烷的物性如下表：
精馏过程中的节能技术综述 能源短缺问题引起了各国的关注，同时我国工信部节能与综合利用部门负责人表示：“十二五期间，国家节能减排的指标将分解到企业头上。”“十二五”约束性指标的分配对象将由地方政府转向行业和企业。由此可知，节能减排的工作必须在各行各业中引起足够的重视，企业应采取实际措施努力降低能耗。 化工行业能耗高，节能减排工作的任务尤为艰巨。分离是化工生产中非常重要的一个过程单元，它直接决定了最终产品的质量和收率，而占据着主导地位的分离方法就是精馏。精馏通过加热液体混合物建立两相体系，利用溶液中各组分挥发度的差异实现组分的分离或提纯目的的操作单元。精馏作为化工、石化、医药、食品、冶金等行业生产过程的重要单元操作，其能耗约占化工生产的40%-70％，故采取措施降低蒸馏过程中的能耗日益重要，成为研究的重点所在。 精馏过程节能的基本途径在于如何减少有效能得损失，从热量供应方面我们可以从热节减方面（降低向再沸器提供的能量）和热回收方面（热能的综合利用）着手进行改进，此外优化控制操作参数、减少操作裕量以及提高塔的分离效率也可降低精馏过程中的能耗[1]。此外，按照流程是否改变及是否利用过程技术可以将其分为三类：①利用过程技术对精馏塔的操作条件进行优化，以减少精馏塔所消耗的能量，如以产品物流预热进料、增加塔板数、减小回流比、增设中间再沸器和中间冷凝器等；②开发高效节能的特殊精馏工艺流程，如热泵精馏、热偶精馏、多效精馏等；③改进精馏塔的保温材料和开发高效的塔板类型和填料。 一、高效节能的精馏技术——热泵技术 热泵精馏是依据热力学第二定律，给系统加入一定的机械功，将温度较低的塔顶蒸汽加压升温，作为高温塔釜的热源。因为回收的潜热用于过程本身，又省去了塔顶冷凝器、冷却水和塔釜加热蒸汽，可使精馏的能耗明显降低。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽压缩式和蒸汽喷射式两种类型。 ①蒸汽压缩式热泵精馏 蒸汽压缩式热泵精馏[2]又可以分为塔顶气体直接压缩式热泵精馏和单独工质循环式两种类型，如图1
精馏塔的控制 12.1 概述? 精馏是石油、化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质过程，通过精馏过程，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。 ?分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），使液相中的轻组分（低沸点）和汽相中的重组分（高沸点）相互转移，从而实现分离。 ?精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝冷却器、回流罐及回流泵等组成。 精馏塔的特点精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓、变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。而且从能耗的角度，精馏塔是三传一反典型单元操作中能耗最大的设备。 一、精馏塔的基本关系 （1）物料平衡关系总物料平衡： F=D+B (12-1) 轻组分平衡：F z f =D x D +B x B (12-2) 联立（12-1）、（12-2）可得： （2）能量平衡关系 在建立能量平衡关系时，首先要了解分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： 回流泵 冷凝器 气液分离器 精馏塔 进料 再沸器 釜液 馏出液 冷剂 热剂 B,x B D,x D F,z F L L B L D V B D f D B B f D x x x z F D x x z D F x --= +-=)((12-3) ) 1()1(D B B D x x x x s --=(12-5)
可见，随着s 的增大，x D 也增大，x B 而减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，如平均相对挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置，以及塔内上升蒸汽量V 和进料F 的比值等。对于一个既定的塔来说： 式（12-6）的函数关系也可用一近似式表示： 或可表示为： 式中β为塔的特性因子由上式可以看到，随着V /F 的增加，s 值提高，也就是x D 增加， x B 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。由上分析可见， V /F 的增加，塔的分离效果提高，能耗也将增加。 对于一个既定的塔，包括进料组分一定，只要D /F 和V /F 一定，这个塔的分离结果，即 x D 和x B 将被完全确定。也就是说，由一个塔的物料平衡关系与能量平衡关系两个方程式， 可以确定塔顶与塔底组分待定因素。 上述结论与一般工艺书中所说保持回流比一定，就确定了分离结果是一致的。二、精馏塔的控制要求精馏塔的控制目标是，在保证产品质量合格的前提下，使塔的总收益（利润）最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说，需从四个方面考虑，设置必要的控制系统。 （1）产品质量控制； （2）物料平衡控制； （3）能量平衡控制； （4）约束条件控制（液泛限、漏液限、压力限、临界温差限等）。 防止液泛和漏液，可以塔压降或压差来监视气相速度。三、精馏塔的主要干扰因素精馏塔的主要干扰因素为进料状态，即进料流量F 、进料组分z f 、进料温度T f 或热焓F E 。 此外，冷剂与热剂的压力和温度及环境温度等因素，也会影响精馏塔的平衡操作。 所以，在精馏塔的整体方案确定时，如果工艺允许，能把精馏塔进料量、进料温度或热焓加以定值控制，对精馏塔的操作平稳是极为有利的。 12.3 精馏塔被控变量的选择 通常，精馏塔的质量指标选取有两类：直接的产品成分信号和间接的温度信号。 一、采用产品成分作为直接质量指标 成分分析仪表的制约因素： ①分析仪表的可靠性差； ②分析测量过程滞后大，反应缓慢； ③成分分析针对不同的产品组分，品种上较难一一满足。 二、采用温度作为间接质量指标 )(F V f s =(12-6) s F V ln β=) 1()1(ln D B B D x x x x F V --=β(12-7) (12-8)
山东科技职业学院 毕业设计（论文） 题目乙醇精馏节能展望 专业应用化工技术 年级### 姓名### 指导教师### 定稿日期： 2014 年 4 月 20日
目录 一．引言 (1) 二．乙醇精馏提纯的基本原理 (2) 三.乙醇精馏提纯的研究 (2) 1.进料状态和进料位置的选择 (2) 2.塔顶回流比的选择 (3) 3.精馏过程进料温度的选择 (4) 4.集热共沸精馏 (4) 5.多效精馏节能技术 (5) 6.高效导向筛板 (6) 7.乙醇精馏的新进展及发展方向 (6) 8.分割式热泵精馏节能技术 (7) 9.乙醇精馏的新进展及发展方向 (8) 四．结论 (8) 参考文献 (8) 致谢 (8)
乙醇精馏节能展望 ### 摘要：精馏塔广泛应用于工业乙醇的生产中，精馏过程的能耗占总能耗的比例相当大，精馏系统的节能在化学工业的节能中占有越来越重要的地位，也是企业的节能重点。因此，在精馏系统的设计时需进行节能优化。实际上，在精馏塔设计时如果能够合理选择进料状态和最佳回流比，以及进料位置和进料温度的合理确定，采用节能工艺回收利用余热，均能得到较好的节能效果。不同的乙醇混合物精馏所采用的工艺参数是不同的，本文结合学习内容及实习期间学到的知识以乙醇-水的混合物精馏展开研究。 Future ethanol distillation Zhang Jianliang Abstract:distillation is widely used in the industrial production of ethanol, the energy consumption of distillation process accounted for the proportion of total energy consumption is quite large, energy-saving distillation system plays more and more important role in energy saving of the chemical industry, energy saving is the key of enterprise. Therefore, in the design of distillation system is required when the energy optimization. In fact, in the distillation tower design if reasonable selection of tower and filler, select the optimum reflux ratio, and reasonably determine the feed temperature and position, can get good effect of energy saving. 一．引言 乙醇是重要的有机溶剂,广泛用于医药、涂料、卫生用品、化妆品、油脂等各个方面。 乙醇做为一种有机溶剂，用于消毒剂、洗涤剂、工业溶剂、稀释剂、涂料溶剂等几大方面，其中用量最大的是消毒剂，浓度为70%～75%的乙醇溶液的杀菌 能力最强；做为基本有机化工原料，乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、 乙胺等化工原料，也是制取医药、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料；乙醇还 可以调入汽油，作为车用燃料，美国销售乙醇汽油已有20年历史。中国乙醇在汽油的比重占10%。无水乙醇又称无水酒精，指浓度大于99％(质量)的乙醇。 主要作为溶剂，用于化妆品、制药等工业。
第6章精馏塔控制系统 6.1 概述 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。 精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。 6.1.1 精馏塔的控制要求 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。 精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控 制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面 考虑。 1．质量指标 精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。通常，满 足一端的产品质量，即塔顶或塔底产品之一达到规定纯度，而 另一端产品的纯度维持在规定范围内。所谓产品的纯度，就二 元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产 品中重组分含量。对于多元精馏而言，则以关键组分的含量来 表示。关键组分是指对产品质量影响较大的组分，塔顶产品的 关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分 是不易挥发的，称为重关键组分。产品组分含量并非越纯越好， 原因是，纯度越高，对控制系统的偏离度要求就越高，操作成 本的提高和产品的价格并不成比例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔示意图 用要求适应。 2．物料平衡控制 进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。 3．能量平衡和经济平衡性指标 要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使能量平衡，实现较好的经济性。 4．约束条件 精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精馏塔操作参数有一定的约束条件。 气相速度限：精馏塔上升蒸汽速度的最大限。当上升速度过高时，造成雾沫带，塔板上的液体不能向下流，下层塔板的气相组分倒流到上层塔板，出现液泛现象。 最小气相速度限：指精馏塔上升蒸汽速度的最小限值。当上升蒸汽速度过低时，上升蒸汽不能托起上层的液相，造成漏夜，使板效率下降，精馏操作不能正常进行。
精馏过程节能技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
精馏过程节能技术简述 【摘要】如今环境问题逐渐显露，环境与能源的保护越来越得到社会的重视。尤其是化工行业的资源节约更是在国际中都得到重视。也因此节能的技术、工艺等节能措施等都得到了新的发展。本文便针对其中的化工精馏节能问题进行讨论。 【关键词】化工节能；精馏技术 1 前言 在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为过程变量多、被控变量多、可操纵的变量多、过程动态和机理复杂。 随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但我们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装置操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设置往往欠合理。另外，由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，使节能收效也极为明显。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。 近年来，由于能源的短缺，精馏过程节能的技术开发和应用研究非常活跃。一方面随着计算机技术与软件的发展，大型化工软件商业化越来越多，静态模拟软件如Aspen，proII等已成为化学工程师的基本设计与优化工具，动态模拟软件如gPORMS以及研究物体流动性能的CFD等软件也开始在一定范围内风行，这都在一定程度上促进了人们对精馏操作的规律性认识和本质认识，有利于对精馏过程的节能研究。另一方面，各类特殊精馏工艺的技术日趋成熟，开始在工业过程中获得实际应用，如热泵精馏在处理丙烯-丙烷系统，乙苯-对二甲苯过程中获得广泛应用，在丁二烯系统中的热偶精馏的运用等，都取得了良好的节能效果。 本文从以下几方面讨论了精馏过程的节能技术：(1)过程技术节能；（2）特殊精馏工
北京化工大学北方学院 NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY （2012）届本科生毕业设计 （理工类） 文献综述 题目：年处理量为2万吨丙烯-丙烷分离过程精馏塔设计学院：理工学院专业：应用化学 学号： 0000000000 姓名： 000000 指导教师： 00000 教研室主任（负责人）： 000000
文献综述 前言 丙烯，是三大合成材料的基本原料,在化工生产中扮演着重要的角色。主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。[1] 丙烷脱氢制备丙烯技术是现在最常用的技术之一，比烃类蒸汽裂解技术能产生更多的丙烯。但当使用丙烷脱氢制备丙烯技术制备丙烯时，总收率只有74%～86%,丙烷不能全部转化为丙烯，反应产物会是丙烷与丙烯的混合物[2]。因此，研究丙烯与丙烷的分离技术至关重要。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成成分的分离过程是同时进行传质传热的过程[3]。本文就将对丙烯和丙烷的精馏塔设计进行相关的研究，以便今后能设计出更为高效安全的精馏塔。
一、精馏原理 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提留段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏重要特点。在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。[4] 二、精馏装置流程 精馏就是通过多级蒸馏,式混合气、液两相经过多次混合接触和分离,并经行质量和热量的传递,是混合物中的组分达到高程度的分离,进而得到高纯度的产品. [5] 其流程如下:丙烯-丙烷混合气体经预热器加热到指定温度后送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续的从再沸器取出部分液体气化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶或是自然回流作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热。塔底产品经冷却后送入贮槽。[6] 三、板式精馏塔设计 精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质过程的设备。该设备可分为两类，一类是板式精馏塔，第二类是填料精馏塔。本设计中我们主要讨论的是板式精馏塔。 板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种[7]。 1、泡罩塔
精馏过程的节能技术 摘要： 精馏是化工、石化、医药等过程的重要单元操作，本文主要讨论精馏过程的节能。从精馏过程热能的充分利用；提高蒸馏系统的分离效率，提高产品回收率来实现降低能耗；减少蒸馏过程对能量的需要和加强管理等几个方面，详细论述了精馏过程的节能技术。 关键词：精馏；节能 1、前言 在工业生产中，石油化学工业的能耗所占比例最大，而石油化学工业中能耗最大者为分离操作，其中又以精馏的能耗居首位。精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂”。 首先，随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分离物料的组分不断增多，分离的产品纯度要求亦不断提高，但人们同时又不希望消耗过多的能量，这就对精馏过程的控制提出了要求。其次，作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。在实际生产中，为了保证产品合格，精馏装臵操作往往偏于保守，操作方法以及操作参数设臵往往欠合理。另外，由于精馏过程消耗的能量绝大部分并非用于组分分离，而是被冷却水或分离组分带走。因此，精馏过程的节能潜力很大，合理利用精馏过程本身的热能，就能降低整个过程对能量的需求，减少能量的浪费，使节能收效也极为明显。 据统计，在美国精馏过程的能耗占全国能耗的3％，如果从中节约10％，每年可节省5亿美元。我国的炼油厂消耗的原油占其炼油量的8％～10％，其中很大一部分消耗于精馏过程。因此，在当今能源紧缺的情况下，对精馏过程的节能研究就显得十分重要。例如，美国巴特尔斯公司在波多黎各某芳烃装臵的8个精馏塔上进行节能优化操作，每年可节约310万美元。 蒸馏过程的节能基本上可从以下几个方面着手：(1) 精馏过程热能的充分利用； (2) 提高蒸馏系统的分离效率，提高产品回收率来实现降低能耗；(3) 减少蒸馏过程对能量的需要；(4)加强管理。 2、蒸馏过程热能的充分利用 2.1加强保温保冷以改进热的利用 在精馏过程中使用的主要设备为精馏塔和换热器，另外还有各种管道，这些设备多为金属制成，对热的传导较为容易，加之环境温度的影响，若对其采取保温保冷的措施，可以大大降低设备与环境之间的热传递作用，从而达到节约热能的目的。 强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降，由于传热温差减小还可使塔顶冷却剂温度提高，塔釜的加热温度下降。这包括增强传热面积和采用空气冷却器或蒸发冷却器代替水冷却器等方法。 2.2高温物料显热和潜热的利用 从精馏塔出来的高温物料本身携带大量的热量，对这部分热量进行回收利用也是节能的一项。如：(1)高温蒸馏时回收塔顶物料蒸汽的潜热，塔顶冷凝器用作蒸汽发生器。如操作压力为32 kPa的粗苯乙烯塔，其塔顶物料蒸汽可用于加热进脱氢反应器的乙苯。这种安排可使每吨苯乙烯产品节能(2)使塔顶、塔釜物料与原料进行换热，通过塔顶物料给原料液加热。这样不仅可以充分利用塔顶、塔釜物料的余热，同时还可减少塔顶冷凝器冷量的使用量。
精馏过程节能技术综述 石油化工是我国国民经济发展的支柱产业，据统计其能耗占全国工业总能耗的15％左右，而化工过程中40％～70％的能耗用于分离，精馏能耗又占其中的95％。分离是非常重要的单元操作过程，是石油化工生产过程中必不可少的操作，它直接决定了最终产品的质量和收率，而精馏又是占据着主导地位的分离方法，所以在当今世界能源日益短缺的情况下研究和探讨精馏过程的节能原理、节能技术，并使其应用于工业生产，就显得十分重要。 精馏是化工及燃油工业中的主要分离技术，技术成熟可靠，投资相对较低，所以在石油化工生产过程中应用广泛，但现有精馏技术在热力学上是低效的耗能过程, 有极高的热力学不可逆性，分离lkg产品所需能量(比能耗)相当高，所以寻找精馏工程中有效可行的节能途径显得至关重要。 通过对精馏塔传热过程的分析可以得到如下节能途径：优化操作条件、塔系的热集成技术、内部能量热集成以及加强操作控制管理。 优化操作条件精馏塔的主要操作条件包括操作压力、操作温度、塔板压降，进料位置及温度、理论板数、回流比以及回流温度、塔顶塔底采出量、关键组份的清晰分割程度，塔顶塔底热负荷，塔类型及填料类型等等。下面从充分利用精馏系统的热能、减少对热负荷的需求和提高精馏系统热力学效率三方面进行介绍。 充分利用精馏系统的热能精馏系统中，所需的热量全部由加热蒸气经再沸器输人，分离后的余热由冷却介质从冷凝器移出。若能合理利用精馏过程中本身的能量，就能降低整个过程对能量的需求。可通过采取保温、热量回收、强化换热器以及夹点技术的措施来实现。 在精馏过程中使用的设备主要为精馏塔和换热器，同时还有各种管道，这些设备的材质导热系数较高，若对其采取保温隔热的措施就可大大降低设备与环境之间的热传递作用，以达到节能降耗的目的。 高温物料携带大量热量可在塔外吸收利用，比如回收塔顶物料蒸气的潜热和回收塔釜废液的显热，使其用于工艺流程的其他需要加热的操作；使塔顶、塔釜物料与原料液进行换热，对原料液进行预热。这样就避免了额外能量的消耗以达到节能目的，且操作简单，控制方便，投资费用也很小。 精馏系统的合理用能主要由换热器来体现，强化再沸器和冷凝器中的传热可使传热温差下降，同时还可提高塔顶冷却剂温度，降低塔釜的加热温度。因而采用高效的换热设备或元件可大大提高传热系数，节约能量。比如采用多孔相变化传热面积，包括微孔沸腾表面及特殊处理的冷凝表面，均可使沸腾或冷凝给热系数比光管提高10～30倍；增大传热面积，包括采用翅片管或开槽沟，可以使传热系数提高不少。亦可采用更有效的换热介质来提高传热系数。 当有多股热流冷流进行换热时，可将所有的热流合并成一根热复合曲线，
炼油、石化生产过程量存在的分离、换热和反应工序,节能潜力巨大。能源是社会发展和进步的重要物质基础。我国的能源储量以及一次能源的开发和消费量居世界前列,而能源的总利用率则远低于欧美和日本。化学工业是个耗能大户,能耗量约占全国能源总消费的9%-10%,占工业用能的13%-15%,因此,化工节能对缓解我国能源的供需矛盾影响很大。在当前世界性的能源危机面前,化学工业必须首先关注节能降耗和节能新技术的研究应用。本文就我国化学工业中最普通也是能耗较多的分离过程这一领域中的一些节能现状作一粗略介绍。 一精馏过程的节能降耗 精馏技术是化工领域中最为成熟，应用最为广泛且必不可少的单元操作，同时也是工业过程中能耗和设备投资高的设备，在炼油、石化等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。因此对精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。国外已开发并应用了一些节能型耦合精馏塔，如反应精馏塔（Reactive Distillation Column）、热耦合精馏塔（Petlyuk Column）、隔板精馏塔（Dividi Wall Column，简称DWC）等。 精馏过程的节能主要有以下几种基本方式:提高塔的分离效率,降低能耗和提高产品回收率;采用多效精馏技术;采用热泵技术等。 1.1板式塔 1.1.1高效导向筛板 高效导向筛板具有生产能力大、塔板效率高、塔压降低、结构简单、造价低廉、维修方便的特点,目前已广泛应用于化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、医药工业、香料工业、原子能工业等。 1.1.2板填复合塔板 板填复合塔板充分利用板式塔中塔板间距的空隙,设置高效填料,以降低雾沫夹带,提高气体在塔的流速和塔的生产能力。同时气液在高效填料表面再次传质,进一步提高了塔板效率。由于负荷下限未变而上限大幅度提高,因此塔的操作弹性也大为提高。板填复合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多种物系中得到成功应用。 1.1.3复杂精馏塔 传统的精馏塔及其精馏序列已不适应当前过程集成、设备集成的发展趋势。武吴宇【1】等进行了复杂精馏塔的研究,与传统精馏塔的一股进料二股产品的精馏塔比较,能够产生相当大的能量消耗及成本上的节约。复杂塔还适合更新设计,因为它经常可以通过对现有塔进行微小的改动来实行。在所有可能的多组分精馏过程新方案中,热偶精馏在能量和投资费用的节约上都非常有前途。他们采用 Underwood方程和Vmin分析了多组分热偶精馏的最小能耗;主要探讨了用详细的塔模型来进行多组分热偶精馏塔的设计,所建立的塔模型既能够描述传统塔又可以描述热偶精馏塔,并允许不同的选择结构互相比较:提出了以能量消耗最小为目标的,多组分混合物分离的热偶精馏序列的整体优化方法。他们以四组分烷烃混合物的分离为例,根据详细的热偶精馏塔数学模型,计算了热偶精馏的能耗、年总费用,并比较了各种热偶方案的节能效果。以能量消耗最小为目标,对两种热偶精馏序列进行了整体优化。 1.2填料塔 填料是填料塔最重要的传质件,其性能主要取决于填料表面的湿润程度和气液两相流体分布的均匀程度。 1.2.1新型高效规整填料 高效导向筛板是化工大学科研人员在对包括筛板塔板在的各种塔板进行深入研究、综合比较的基础上,结合塔板上流体力学、传质学的研究结果。 新型高效规整填料主要包括金属板波纹填料和金属丝网波纹填料两大类,在将其进行物理的和化学的方法处理后,填料的分离效率大为提高。主要优点有:(1)理论塔板数高,通量大,压力降低;(2)低负荷性能好,理论板数随气体负荷的降低而增加,没有低负荷极限;(3)放大效应不明显;(4)适用于减压精馏,能够满足精密、大型、高真空精馏装置的要求,为难分离物系、热敏性物系及高纯度产品的精馏分离提供了有利的条件。 1.2.2新型高效散堆填料 (1)金属鲍尔环填料,它采用金属薄板冲轧制成,由于在环壁上开了许多窗孔,使得填料层的气、液分布情况及传质性能比拉西环有较大的改善。(2)金属阶梯环填料,这种填料降低
精馏塔常用的一些控制方案 塔的作用是在同一个设备中进行质量和热量的交换，是石油化工装置非常重要的设备。塔的型式有板式塔（泡罩塔、浮阀塔、栅板塔等）、填料塔（高效填料、常规填料、散装填料、规整填料等）、空塔。塔由筒体和内件组成。 蒸馏塔由精馏段和提馏段组成，进料口以上是精馏段，进料口以下是提馏段。 精馏塔的控制方案主要从塔压、釜温、顶温、塔釜液面四个方面来说明： 1．精馏操作中塔压的控制调节方法 塔的压力是精馏塔主要的控制指标之一。任何一个精馏塔的操作，都应当把塔压控制在规定的指标内，以相应地调节其它参数。塔压波动过大，就会破坏全塔的物料平衡和气液平衡，使产品达不到所要求的质量。所以，许多精馏塔都有其具体的措施，确保塔压稳定在适宜范周内。 对于加压塔的塔压，主要有以下三种调节方法 （1）塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般是靠气相采出量来调节的，如图6-1所示。在其它条件不变的情况下，气相采出量增大，塔压下降，气相采出量减小，塔压上升。
（2）塔顶冷凝器为全凝器时，塔压多是靠冷剂量的大小来调节，即相当于调节回流液温度，如图6-2所示。在其它条件不变的前提下，加大冷剂量，则回流液的温度降低，塔压降低，若减少冷剂量，回流液温度上升，塔压上升。 （3）热旁通(浸没式)法调节塔压。 对于常压塔的压力控制，主要有以下三种方法 （1）对塔顶压力在稳定性要求不高的情况下，无需安装压力控制系统，应当在精馏设备（冷凝器或回流罐）上设置一个通大气的管道，以保证塔内压力接近于大气压。 （2）对塔顶压力的稳定性要求较高或被分离的物料不能和空气接触时，塔顶压力的控制可采用加压塔塔压的控制方法，如图6-1、图6-2。
精馏塔优化设计参考文献 1 张瑞生，沈才大.化工系统工程基础.上海：华东化工学院出版社，1991 2 天津大学化工原理教研室.化工原理（下册）.天津：天津科学技术出版社，1990 3 柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1994 4 华南工学院化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南工学院出版社，1987 5 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版，下册）.北京：化学工业出版社，1999 6 陈英南.常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，1993 7 黄科林.精馏塔的最优设计.化工设计，1991（4）：19-25 8 葛维寰，王东平，周积翰等.化工过程设计与经济.上海：上海科学技术出版社，1989 9 陈敏恒，从德滋，方图南.化工原理（下册）.北京：化学工业出版社，1993 10 Yu K T,Coull J.Evaluation of wquilibrium stages and transfer units.Chen Eng Progr,1950,46(2):89-94 11 Chang H Y. Computer aids short-cut distillation design. Hydrocarbon processing,1980,59(8):79-82 12 卢焕章.石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1992 13 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版，上册）.北京：化学工业出版社，1999 14 大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，1994 15 刘道德.化工设备的选择与工艺设计.湖南：中南工业大学出版社，1992 16 吴兆亮，邸进申.板式塔塔板主要结构尺寸的新设计方法—负荷性能图法.化学工程， 1997，25(1)：23-26 17 阮奇，叶长燊，薛焕贵等.非理想溶液精馏优化设计.福州大学学报(自然科学版)，2000， 28(2)：81-85 1
昆明理工大学毕业设计（论文） 开题报告 题目：精馏塔自控系统应用设计 学院：信息工程与自动化学院 专业： 学生姓名： 指导教师： 日期： 2015/3/13
一．毕业设计（论文）的主要内容： 主要内容：1了解精馏塔的工艺过程及相关监控参数；2完成监控系统方案设计；3完成设备软硬件选型；4完成系统配柜设计及接线图设计；5完成系统编程设计； 选题的意义和目的： 精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 近年来，随着石油和化工工业的飞速发展及市场经济的要求，精馏产品越来越广泛，纯度越来越高，这要求不仅要对精馏方法、设备加以改进，对与其相适应的自动控制也同样提出了更为广泛更高层次的要求。 人们对控制系统的控制精度，响应速度，系统稳定性与适应能力的要求越来越高[1]。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性，时延的特点，应用常规的控制手段很难以打达到理想的控制效果，研究对非线性，时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义，然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，甚至相差几十年，究其原因固然是多方面的，但是，主要的原因在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，理论的算法一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用的前景，在目前尚不具有在实验室中复现真实工业过程条件的今天，开发经济实用的具有典型对象特性的实验装置无疑是一条探索将理论成果转化为应用技术的捷径。 作为石油化工生产过程中最常见且最重要的分离设备之一。在控制理论发展的早期阶段，精馏控制就受到了人们的极大关注，精馏过程的控制问题一直是过程控制领域的重要课题。随着现代工业的发展，人们的研究重点转移到把理论研究的成果应用到实际的工业生产装置上去，使工业精馏塔实现更高层次的控制，在保证质量的前提下，进一步提高经济效益。 精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，滞后大，模型阶次高，动态响应慢，非线性严重，控制变量多，控制回路关联性强，在线测量困难不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。通过熟悉精馏塔系统的动态特性，掌握其数学模型及对开环系统进行根轨迹和频率特性分析，对精馏塔系统设计PID控制器，并进行参数整定，形成一个性能较高且容易实现的控制系统，在保证对被控变量的控制效果前提下，实现对操纵变量的优化，即能耗降低。基于MATLAB环境的仿真软件用于模拟精馏过程的变化，十分简单[3]。这一课题的研究在化工生产中，尤其在石油化工、有机化工、高分子化工、精细化工、医药、食品等领域都具有很大的应用意义。