论文部分内容阅读
乙酸正丁酯作为一种重要的酯类化工原料,广泛地应用于工业化生产中。乙酸正丁酯价格高并且市场需求量大,传统的间歇式生产已经不能满足日益增长的化工产业的需求。因此,开发设计新的节能环保的连续式生产工艺流程具有十分重要的意义。本论文主要是对乙酸正丁酯的工艺进行系统的设计和研究。用新型的阳离子交换树脂15号代替传统的浓硫酸作为反应的催化剂,选用合适的动力学方程,采用适合于强非理想体系的NRTL-HOC热力学模型,通过Aspen Plus的严格计算模块RADFrac,对乙酸正丁酯的整个工艺流程进行模拟。然后通过严格计算法推断相关资金消耗和生产成本随塔板数的变化,以及相关的经济核算依据,并以全年总费用为目标函数,对稳态模拟进行经济优化,乙酸正丁酯的产品纯度高达99.8%。通过灵敏度判据分析,得到精馏塔C1的灵敏板是第3块塔板,精馏塔C2的灵敏板是第24块塔板,然后利用Aspen Dynamics对乙酸正丁酯进行动态模拟。设定不同的控制结构,引入进料流量和进料组分干扰,通过乙酸正丁酯的纯度和灵敏板的温度变化来检验其控制性能的良好性。对乙酸正丁酯工艺建立四种不同的动态控制结构(CS1-CS4)。对于CS1组分控制结构,抗干扰能力较弱,动态响应差。在CS1控制结构基础上做出改变,用温度控制器来代替组分控制器,效果十分明显。后面三种温度控制结构都能稳定控制灵敏板温度,产品的纯度波动幅度不大。CS4控制结构是对温度控制器的进步一步改进研究,提出了多个乘数器的串级使用,控制性能明显提高,波动小并且迅速回到稳定值附近,使乙酸正丁酯的纯度很好的控制在一定的误差范围之内。