蒸馏控制 生产率与节能 第2版

第一篇 蒸馏的基础理论 1

第一章 目标 1

1.1 产品规格 1

1.1.1 产品 1

1.1.2 副产品 2

1.1.3 中间产品 3

1.1.4 纯度与杂质含量 4

1.1.5 控制非关键组分 4

1.2 质量变化 6

1.2.1 受控的变化 6

1.2.2 不可控的变化 7

1.2.3 失控 8

1.3.1 收率的定义 9

1.3 产品收率 9

1.3.2 收率与纯度 10

1.3.3 未回收产品的成本 10

1.3.4 最大收率 11

1.4 加热与冷却成本 12

1.4.1 能源 12

1.4.2 冷源 12

1.4.3 成本及转换系数 13

1.4.4 最低能耗 13

1.4.5 能耗与纯度 14

1.5 操作实践 15

1.5.1 超纯产品 15

1.5.2 调合 16

1.5.3 再蒸馏 17

2.1.2 第二定律 18

2.1.1 第一定律 18

2.1 热力学定律 18

第二章 热力学原理 18

2.1.3 熵的表示法 19

2.1.4 有用功 20

2.2 流体的流动 21

2.2.1 用泵输送液体 22

2.2.2 节流特性 22

2.2.3 压缩与膨胀 24

2.2.4 压缩机控制 25

2.2.5 变速驱动 28

2.3 调合 29

2.3.1 调合产品 29

2.3.2 调合进料 29

2.3.3 用于压力控制的调合 31

2.3.4 用于温度控制的调合 32

2.4 传热 33

2.4.1 再沸器 33

2.4.2 冷凝器 35

2.4.3 致冷 36

2.5 蒸馏的热力学分析 37

2.5.1 塔的分析 37

2.5.2 热源和冷源 37

2.5.3 利用热泵循环的塔 38

2.5.4 双效蒸馏 39

第三章 决定成分的因素 41

3.1 物料平衡 41

3.1.1 外部物料平衡 41

3.1.2 反射平衡 42

3.1.3 内部物料平衡 44

3.1.4 能量与物料之间的相互关联 45

3.2.1 理想混合物 46

3.2 气-液平衡 46

3.2.2 相对挥发度 47

3.2.3 α随温度的变化 48

3.2.4 单级平衡 49

3.2.5 全回流操作 50

3.3 分离模型 52

3.3.1 分离系数 52

3.3.2 显解 52

3.3.3 分离系数与回流比的关系 54

3.3.4 图解表示法 56

3.4 动态影响 57

3.4.1 液体的容量滞后 57

3.4.2 逆响应 58

3.4.3 成分的时间常数 59

3.4.4 控制回路的响应 61

第二篇 控制系统结构 63

第四章 流量与蓄积量控制 63

4.1 流量控制 63

4.1.1 外部流体的流量 63

4.1.2 蒸气流量的测量 65

4.1.3 保持物料平衡 67

4.1.4 保持能量平衡 68

4.2 能量引入控制 69

4.2.1 再沸器特性 69

4.2.2 水蒸气及其它蒸气 71

4.2.3 用液体加热 73

4.2.4 直接燃烧 74

4.2.5 控制预热 76

4.3 能量引出控制 78

4.3.1 冷却剂控制 78

4.3.2 浸没式冷凝器 79

4.3.3 高位冷凝器 80

4.3.4 部分冷凝器 81

4.4 蓄积量控制 82

4.4.1 压力控制 82

4.4.2 浮压控制 85

4.4.3 回流罐的液位控制 87

4.4.4 塔釜液位控制 88

第五章 控制回路的相互关联 90

5.1 相对增益概念 90

5.1.1 开环增益 90

5.1.2 相对增益矩阵(RGA) 92

5.1.3 动态影响 94

5.1.4 相对增益(RGA)的计算方法 96

5.2 成分回路的相互关联 99

5.2.1 5×5阶系统 99

5.2.2 全部可能的2×2阶子集 100

5.2.3 DS子集的计算 101

5.2.4 计算其余曲线的斜率 104

5.3 回路选择的准则 107

5.3.1 相对增益的比较 107

5.3.2 动态因素 109

5.3.3 矛盾及其解决办法 110

5.3.4 逻辑结构 110

5.4 最佳系统结构 111

5.4.1 SV与SV/B方案 111

5.4.2 DV与V/B方案 113

5.4.3 SD方案 113

5.4.4 SB与SB/L方案 114

第六章 成分控制 116

6.1 成分的测量 116

6.1.1 成分分析仪 116

6.1.2 温度测量 118

6.1.3 蒸气压力测量 120

6.1.4 塔的成分分布 121

6.1.5 非线性特性 123

6.2 反馈控制算法 125

6.2.1 PID算法 126

6.2.2 可变增益的补偿 127

6.2.3 采样数据控制 128

6.3 前馈控制 129

6.3.1 物料平衡系统 129

6.3.2 单一成分控制 131

6.3.3 SV方案 132

6.3.4 动态补偿 133

6.4 解耦 134

6.4.1 解耦器的结构 135

6.4.3 单路解耦 136

6.4.2 解耦系数 136

6.4.4 双路解耦 140

第七章 约束条件内的控制 143

7.1 常见的约束条件 143

7.1.1 塔板特性 143

7.1.2 预估液泛界限 145

7.1.3 再沸器的约束条件 146

7.1.4 冷凝器的约束条件 147

7.1.5 操作窗 148

7.2 选择性控制系统 149

7.2.1 自加的约束条件 149

7.2.2 超驰控制 151

7.2.3 符合几种规格 153

7.3 可变结构系统 153

7.3.2 辅助的操作变量 154

7.3.1 备用控制方案 154

7.3.3 多输出控制系统 155

7.3.4 质量控制回路的转移 156

7.4 调节器输出控制 157

7.4.1 阀位控制 157

7.4.2 输出与超驰的平衡 158

7.5 生产能力的估算 158

7.5.1 约束条件的估计 158

7.5.2 估算塔的能力 160

第三篇 复杂的过程 163

第八章 多产品过程 163

8.1 多塔系统 163

8.1.1 轻馏分的分馏 164

8.1.2 并联与串联方案 165

8.1.3 生产调度 165

8.1.4 有反应器的系统 166

8.2 部分冷凝器 167

8.2.1 液位与压力之间的相互关联 168

8.2.2 两相的塔顶产品 169

8.3 侧线塔 171

8.3.1 次侧线 171

8.3.2 精制塔(即巴氏塔) 171

8.3.3 主侧线 173

8.3.4 方案的确定 175

8.4 天然原料的蒸馏 176

8.4.1 常压塔 176

8.4.2 产品的规格 177

8.4.3 前馈与解耦 179

8.4.4 热回收 180

8.5 热回收对策 180

8.5.1 串并行级联 180

8.5.2 从分离装置中回收热量 182

9.1 物理吸收与解吸 183

9.1.1 物料平衡 183

第九章 吸收、汽提(解吸)和萃取蒸馏 183

9.1.2 气-液平衡 184

9.1.3 多级吸收塔 186

9.1.4 吸收剂的性质 187

9.1.5 低温汽提 188

9.2 化学吸收与解吸 190

9.2.1 化学平衡 190

9.2.2 pH调节 191

9.2.3 酸性气体 192

9.2.4 烟道气的脱硫 193

9.3 用蒸汽汽提 194

9.3.1 单液相 194

9.3.2 双液相 195

9.4.1 萃取剂的循环回路 196

9.3.3 热量平衡 196

9.4 萃取蒸馏 196

9.4.2 萃取机理 198

9.4.3 萃取剂的选择 199

9.4.4 热量平衡 199

第十章 共沸蒸馏 202

10.1 二元多相共沸混合物 202

10.1.1 糠醛-水系统 202

10.1.2 用倾析器的进料汽提 203

10.1.3 用塔的进料汽提 205

10.1.4 双塔操作 206

10.1.5 能量平衡 207

10.2 对压力敏感的均相共沸混合物 207

10.2.1 在两种压力下操作 208

10.2.3 能量的综合利用 209

10.2.2 能量的需要量 209

10.3.1 用烃类脱除乙醇中的水 210

10.3 三元多相共沸混合物 210

10.3.2 物料平衡 211

10.3.3 控制 212

10.4 含有二元共沸混合物的三元系统 212

10.4.1 醋酸-水-醋酸乙酯系统 213

10.4.2 萃取过程 213

10.4.3 酸的脱水 214

10.4.4 物料平衡的若干考虑 215

10.4.5 调整溶剂-水的比值 216

10.4.6 控制 217

第四篇 最优化 219

第十一章 最优控制系统 219

11.1 最优化的原则 219

11.1.2 目标函数 220

11.1.1 最优化水平 220

11.1.3 用前馈和反馈实现最优化的比较 221

11.1.4 操作变量的选择 222

11.2 单塔最优化 223

11.2.1 最终产品 223

11.2.2 中间产品 225

11.2.3 求最优进料量 227

11.3 多塔最优化 228

11.3.1 双塔最优化 229

11.3.2 有限能源的分配 230

附录A 计算机程序 232

附录B 符号表 242

附录C 成分的换算 243

附录D 重要的公式汇总 244