多效蒸发分离过程的节能优化与控制

【摘要】：在化工行业中,我国单位产值的能源消耗量比发达国家要高很多,其主要原因就在于分离过程的能耗远高于发达国家。蒸发操作即为分离过程,其耗能大,并伴随着二次蒸汽的产出,所以自上世纪70年代的能源危机以来,对蒸发操作中节能优化和有效控制的研究成为重中之重。 本文基于Aspen Plus软件对蒸发系统进行了数值模拟研究。分别分析进口流量、各效压力和温度等参数的变化对蒸发性能的影响,在其他参数一定的条件下,模拟出操作参数变化对系统性能影响的变化规律。同时,建立了三种不同结构的三效蒸发系统模型,研究比较不同工况下每种工艺的能耗大小,得出带预热的多入口结构蒸发系统比基本蒸发系统节能约9.3%,而带预热的单入口结构蒸发系统比基本蒸发系统节能达到约12%。为了满足出口完成液浓度达到工艺要求,分别在不同体积分数的条件下对系统进行模拟,得出最佳体积分数值,基于此体积分数下对各效温度、压力参数进行优化,最终计算得出系统能耗最小时各参数的设定情况,为实际生产中蒸发系统的设计提供了一定参考。 基于动力学模拟,本文以海水淡化多效蒸发过程为工业背景,对三效蒸发分离过程操作变量变化影响进行了灵敏度分析,明确了其主要控制参数,通过这些参数控制来实现对产品品质参数浓盐水的浓度和产水量的间接控制。通过控制效果和干扰影响的仿真模拟研究,证明了本文提出的控制结构和控制策略符合工艺控制要求,且具有良好的抗外界干扰能力,通过控制蒸发罐的TBT、压力和液位能精确有效的间接控制蒸发分离过程的浓度等过程生产品质指标。 【关键词】：Aspen Plus 多效蒸发 建模 PID控制 流程模拟
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ028.61
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 蒸发工段优化与控制的研究现状10-16
• 1.2.1 国内、国外蒸发工段建模及优化研究现状10-13
• 1.2.2 国内、国外蒸发工段自动控制研究现状13-16
• 1.3 总结16-18
• 第二章 蒸发工段过程分析18-27
• 2.1 蒸发工艺介绍18-20
• 2.1.1 蒸发的目的和特点18
• 2.1.2 蒸发机理分析18-20
• 2.2 影响蒸发过程产品质量主要因素分析20-21
• 2.2.1 蒸发器内的真空度20
• 2.2.2 进料流量20
• 2.2.3 进料的温度和浓度20-21
• 2.2.4 加热蒸汽的压力和流量21
• 2.2.5 冷凝水和不凝性气体的排出21
• 2.3 蒸发系统分类与介绍21-26
• 2.3.1 多效蒸发的分类和介绍21-24
• 2.3.2 多级闪蒸的分类和介绍24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于Aspen Plus多效蒸发模拟分析与优化27-46
• 3.1 Aspen过程模拟软件简介27-28
• 3.2 系统的定义28-29
• 3.2.1 输入和输出的定义28
• 3.2.2 基础模型的选择28-29
• 3.2.3 物性方法的选择29
• 3.3 基本蒸发系统模拟分析29-34
• 3.3.1 压力变化对系统性能的影响30-31
• 3.3.2 温度变化对系统性能的影响31-33
• 3.3.3 流量变化对系统性能的影响33-34
• 3.4 带有预热的多入口蒸发系统模拟分析34-39
• 3.4.1 温度变化对冷凝水产量的影响35-36
• 3.4.2 压力变化对冷凝水产量的影响36-38
• 3.4.3 流量变化对冷凝水产量的影响38-39
• 3.5 带有预热的单入口蒸发系统模拟分析39-41
• 3.6 蒸发系统的优化设计41-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 多级多效闪蒸分离过程控制与动力学模拟研究46-76
• 4.1 多级多效闪蒸分离过程动力学模拟条件46-47
• 4.2 多级多效闪蒸分离过程灵敏度分析47-56
• 4.2.1 海水进料量灵敏度分析47-51
• 4.2.2 海水进料温度灵敏度分析51-52
• 4.2.3 闪蒸罐蒸汽加热量度灵敏度分析52-56
• 4.3 三级多效闪蒸分离过程控制结构和控制策略56-74
• 4.3.1 默认控制参数的控制效果57-60
• 4.3.2 PID控制参数整定及其控制效果研究60-65
• 4.3.2.1 控制器控制参数整定与控制器设计60-61
• 4.3.2.2 参数整定后控制器控制效果仿真61-65
• 4.3.3 控制系统抗干扰性能分析65-74
• 4.3.3.1 进料流量干扰对系统控制效果影响的研究65-70
• 4.3.3.2 闪蒸罐TBT干扰对系统控制效果影响研究70-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76
• 5.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读学位期间的研究成果82

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