反应精馏动态过程强化的机制研究
批准号:
22078361
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
孙兰义
依托单位:
学科分类:
分离工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙兰义
中文摘要
精馏过程强化技术是化工领域的研究热点之一,其中动态过程强化采用非稳态操作模式,在不增加设备投资的前提下可改善系统时均性能,为解决精馏过程存在的能耗高、效率低的问题提供了新思路。动态过程强化在反应和常规精馏过程中的成功应用受到了关注,但其在反应精馏过程中的实施机制尚不明确。本项目拟采用理论分析、过程模拟和实验验证相结合的方法对动态过程强化在反应精馏过程中的实施机制进行深入研究。利用内嵌同伦方程的稳态模型求解反应精馏过程多稳态解集,为动态过程研究提供数据和模型支撑;通过分岔分析方法探究反应精馏过程的动态特性与参数临界值,确定系统操作区域和信号特征;基于双层优化策略的多目标遗传算法寻找最佳循环稳态,实现稳态经济与动态控制的有效权衡;采用系统辨识技术开发非线性模型预测控制系统,并通过实验验证实施方案的可行性。本项目的成功可促进动态过程强化技术与复杂精馏过程的交叉融合,具有重要的理论和实际应用价值。
英文摘要
Process intensification (PI) technology of distillation is one of the research topics in the chemical industry. The dynamic process intensification (DPI), which adopts the special pattern of non-steady-state operation, can improve the time-average performance of distillation without increasing the equipment investment. It provides a new idea to solve the problem of high energy consumption and low efficiency in the distillation process. The successful application of DPI in both reactions and conventional distillation processes has received attention, but its implementation mechanism in the reactive distillation process is still unclear. This work intends to further study the implementation mechanism of DPI in the reactive distillation process by combining theoretical analysis, process simulation and experimental verification. The steady-state model embedded with homotopy equation is used to solve the multiple solutions of the reactive distillation process, providing data and model support for dynamic process research. Bifurcation analysis is used to explore the dynamic characteristics and the critical values of the parameters of the reactive distillation process to determine the operating area and signal characteristics of the system. Multi-objective genetic algorithm based on bi-level optimization strategy is developed to find the optimal cyclic steady-state, which helps to achieve an effective trade-off between steady-state economy and dynamic controllability. The model recognition technology is used to establish a nonlinear model predictive control system, and the feasibility of the implementation scheme is evaluated through experiments. The success of this work can promote the cross-fusion of DPI technology and complex distillation processes, which has important theoretical and practical application value.
反应精馏是将化学反应与分离操作结合为一体的过程强化技术,具有打破反应平衡限制、提高转化率及分离效率等优势。然而,反应精馏具有强非线性特性,尤其是过程中出现的多稳态现象,这种现象的发生对反应精馏系统的设计、操作和控制有重要影响。动态过程强化技术是一种过程强化的新兴技术,能在不增加设备投资的前提下提升系统时均性能,若将动态强化应用于反应精馏,有望改善系统在过程能耗及转化率方面的时均性能。鉴于此,提出将动态过程强化技术运用到反应精馏过程中的新构思。.本项目采用理论分析与过程模拟相结合的方法,通过分析甲醇反应精馏制二甲醚工艺,研究了反应精馏动态过程强化的实施机制和性能效果。通过内嵌同伦方程的稳态模型,选用催化剂质量作为评价指标来评价反应对稳态多重度的影响,绘制多稳态解集曲线,筛选了五个符合产品质量规格的特征值作为稳态设计基准点。结合分岔分析方法,通过增加和减少再沸器负荷的转折点得到合适的边界值,并将其作为动态过程强化操作的辅助操作点。对辅助操作点进行模拟计算发现,在一定时间范围内,在维持产品纯度大于0.99的情况下,非稳态操作下系统再沸器热负荷的时均值低于稳态操作下的时均值,且甲醇的转化率有所提高。以总能耗,年度总费用为评价指标,基于序贯迭代法优化甲醇精馏制二甲醚流程,结果表明,优化后非稳态操作下转化率的时均值提升,再沸器热负荷时均值下降。使用双效精馏技术与渗透汽化技术对流程进一步强化,结果表明,相比常规分离构型,双效精馏构型与渗透汽化技术的评价指标均降低。对甲醇精馏制二甲醚的两种流程进行了进料扰动分析与过程控制研究,设计了两种控制方案CS1与CS2。结果表明,CS2方案可以有效抵抗多种进料干扰,能够确保所设计的复杂系统连续稳定运行。.项目的成功应用可为动态过程强化技术在复杂精馏领域的应用提供了理论指导,有助于节能技术瓶颈的突破,为化工行业的绿色发展做出积极贡献。
萃取精馏生物基溶剂筛选与应用机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:孙兰义
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依托单位:
纳米流体强化蒸馏过程的传质机理研究
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批准号:21878333
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2018
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负责人:孙兰义
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依托单位:
低转变温度混合物(LTTMs)应用于萃取精馏过程的基础研究
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批准号:21676299
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2016
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负责人:孙兰义
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依托单位:
自热回收精馏过程的优化与控制研究
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批准号:21476261
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2014
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负责人:孙兰义
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依托单位:
隔壁塔与反应精馏耦合过程的设计与优化研究
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批准号:21276279
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:孙兰义
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依托单位:
国内基金
海外基金