精馏设计、操作和控制PDF电子书下载

第一章 概述 1

第一节 精馏基本原理 1

第二节 精馏应用场合 3

第三节 精馏技术进展 3

参考文献 6

第二章 汽液相平衡 7

第一节 相平衡准则 7

第二节 相平衡关系的表示方法 7

1. 相平衡常数Ki 7

2. 相对挥发度aij 8

3. 相图 8

第三节 汽液相平衡系统分类 9

1. 理想气体 9

2. 实际气体的理想溶液 9

3. 实际气体 9

第四节 逸度、逸度系数和焓的计算 10

1. 基本方程 10

2. 实际气体理想溶液的逸度 11

3. 由维里状态方程计算气相逸度和逸度系数 11

4. 由SRK和PR状态方程计算逸度、逸度系数和焓 12

5. 纯液体逸度foi的计算 13

第五节 活度系数的计算 14

1. 活度系数与过剩自由焓的关系 14

2. 范拉尔方程和马古斯方程 15

3. 以局部组成概念为基础的活度系数方程 16

4. 由纯组分性质推算活度系数 17

第六节 相平衡常数计算方法的选择 18

第七节 相对挥发度的影响因素 19

1. 温度和压力 19

2. 组成 19

第八节 泡点和露点计算 20

1. 泡点温度计算 20

2. 泡点压力计算 22

3. 露点温度和压力计算 23

第九节 闪蒸计算 23

符号说明 27

参考文献 28

第三章 精馏设计计算 30

第一节 两元精馏 30

1. 逐板计算基本原理 30

2. 麦凯勃-蒂利图解法 33

3. 回流比 37

4. 简捷算法估算理论板数 39

第二节 多元精馏 40

1. 简捷计算 40

2. 精馏定态操作数学模型 46

3. 精馏定态模拟计算 47

4. 三对角线矩阵算法 49

5. 2N牛顿法 54

6. 纳夫塔列-山德荷姆全变量迭代算法 55

7. 吴-别希诺伊分块三对角矩阵算法 59

8. 松弛法 62

9. 非平衡级算法 63

10. 定态模拟中的几个问题 65

符号说明 69

参考文献 71

第四章 精馏设计优化和节能 72

第一节 精馏设计优化 72

1. 关键组分回收率优化 72

2. 最适宜回流比 74

3. 操作压力的确定 75

4. 最佳加料位置 76

5. 最佳进料热状态 77

第二节 精馏过程节能 78

1. 精馏塔节能 79

2. 精馏序列合成 81

第三节 精馏序列与总过程热集成(夹点分析法) 92

1. 基本流程 92

2. 夹点位置的确定 94

3. 夹点特性 95

4. 合理布置原理 96

5. 增减原理 97

6. 总复合曲线 97

7. 公用工程夹点 100

8. 已热平衡的复合曲线 100

9. 从全流程热集成角度评价精馏节能措施 100

10. 夹点分析法在过程开发和设计中的应用 102

符号说明 104

参考文献 105

第五章 板式塔 107

第一节 板式塔类型 107

1. 筛板塔 107

2. 浮阀塔 108

3. 泡罩塔 109

4. 导向浮阀塔 109

5. 林德筛板塔 109

6. 网孔板塔 109

第二节 塔板上的汽液两相接触状况 110

1. 五种接触状态 110

2. 影响接触状态转变的因素 111

3. 预测转相的关联式 112

第三节 塔板处理能力 113

1. 塔板压降与操作状况的关系 113

2. 塔板操作负荷性能图 114

3. 液泛 114

4. 夹带液泛汽速估算 115

5. 降液管满溢液泛估算 118

6. 降液管阻塞液泛 119

7. 折扣系数 120

8. 雾沫夹带估算 121

9. 漏液点汽速估算 124

第四节 塔板流体力学参数 127

1. 干板压降hd 127

2. 穿过塔板上液层压降h1 129

3. 塔板上清液层高度hc 129

4. 降液管阻力损失hdl 130

第五节 设计参数选择 130

1. 板间距S 130

2. 筛孔直径do和筛板开孔率Af 131

3. 浮阀板上的浮阀数和浮阀重量 131

4. 液流程数Np 132

5. 溢流堰形式和尺寸 132

6. 降液管形式和底隙ho 134

第六节 筛板初步设计举例 135

第七节 塔板效率 142

1. 效率的四种表示方法 142

2. 点效率与传质的关系 143

3. 塔板上液体混合对板效率影响 144

4. 汽体在板间的不完全混合和通过塔板的不均匀分布 145

5. 雾沫夹带、漏液和汽体夹带的影响 146

6. 塔效率与板效率的关系 147

7. 系统物性对板效率的影响 148

8. 塔设备变量对板效率的影响 149

9. 塔操作参数对板效率的影响 149

10. 相平衡数据误差对效率的影响 150

11. 板效率获取的途径和放大 151

12. 多组分系统的效率 154

13. 板效率的其它表示法 155

符号说明 157

参考文献 160

第六章 填料塔设计 162

第一节 填料的基本要求和分类 162

1. 散装填料 163

2. 规整填料 165

3. 格栅填料 167

4. 各种填料比较 167

第二节 填料塔的流体力学 169

1. 汽液两相接触状况 170

2. 填料床层压降估算 171

3. 液泛汽速估算 188

4. 持液量和最小汽体负荷 191

第三节 填料塔的传质效率 192

1. HETP和HTU定义 192

2. HTU和HETP的估算 193

3. 液体在填料层中的分布及其对传质效率的影响 199

4. 最小喷淋密度Qmin 204

第四节 填料塔的放大 205

1. 实验室实验注意事项 205

2. 实验结果放大 206

第五节 填料塔尺寸设计计算 207

1. 基本对策 207

2. 填料塔尺寸初估 208

3. 填料塔性能核算 211

4. 应用第三代新型填料修改初步设计 213

第六节 液体分布器设计 213

1. 液体分布器的类型 214

2. 液体分布器设计的共性问题 216

3. 液体分布器特性检验 219

4. 液体再分布器 220

第七节 板式塔与填料塔比较 221

符号说明 224

参考文献 226

第七章 老装置改造 229

第一节 提高老设备处理能力 229

1. 改造塔设备内件 230

2. 改造流程 232

3. 提高塔的操作压力 232

第二节 提高产品质量 232

1. 增加理论板数 232

2. 采用侧线出产品方案 233

第三节 降低装置能耗 233

参考文献 234

第八章 投运准备 236

第一节 开车前检查 236

第二节 管线清扫 239

第三节 塔的清扫 240

第四节 装拆盲板 241

第五节 渗漏试验 242

第六节 塔的冲洗 242

第七节 脱水操作 243

第八节 液体循环 244

参考文献 245

第九章 开停车 246

第一节 开停车一般步骤 246

第二节 开停车用的管线 247

第三节 开停车应考虑的问题 248

1. 加压和减压 248

2. 防止堵塞 250

3. 塔的加热和冷却 250

4. 料液的过冷或过热 251

5. 板式塔中的液封 252

6. 物料的逆向流动 253

第四节 全回流操作 254

第五节 塔中液体的排放 254

参考文献 255

第十章 现场测试 256

第一节 液泛的现场测试 256

1. 液泛现象的判断 256

2. 液泛试验中的问题 259

3. 液泛现场治理 260

第二节 塔中泡沫 261

1. 泡沫破裂和稳定 261

2. 泡沫液泛征兆和实验鉴别 262

3. 塔中泡沫治理 264

第三节 塔性能现场测试 265

1. 塔性能测试对策 265

2. 测试前的准备工作 266

3. 效率和“夹紧”测试 268

4. 其它塔性能测试 271

参考文献 271

第十一章 故障处理 272

第一节 精馏塔故障原因 272

第二节 故障处理对策 272

第三节 精馏操作中常见故障原因 275

第四节 故障处理实例 278

第五节 放射技术在故障处理中的应用 280

1. γ射线吸收技术 281

2. 中子反向散射技术 282

3. 放射性示踪技术 282

参考文献 283

第十二章 精馏塔的基本控制 284

第一节 精馏塔控制系统设计的基本思想 284

1. 精馏塔控制的基本目标 284

2. 精馏塔控制变量分析 284

3. 精馏塔控制系统设计的基本原则 285

4. 操纵变量(D、B、L、V)对xD和xH的影响 286

第二节 物料平衡控制 288

1. 物料平衡控制概念 288

2. 物料平衡控制变量的配对 289

3. 直接和间接MB控制 289

4. 精馏段和提馏段控制的典型方案和适用场合 292

5. 对成分变化的响应速度的比较 293

6. 精馏塔具有逆响应时的控制方案 293

7. 回流比大时的控制方案 294

8. 回流比很小时控制方案 294

第三节 能量平衡控制 294

1. 能量平衡控制的主要缺点 294

2. 能量平衡控制的使用场合 295

第四节 成分和温度控制 295

1. 温度控制 295

2. 温差控制 298

3. 双温差控制 300

4. 成分分析仪闭环控制 302

5. 分析仪和温度串级控制 304

第五节 塔的压力和冷凝器的控制 304

1. 概述 304

2. 通过调节冷凝器取热量的塔压控制方案 305

3. 调节气相出料的比例控制塔压 306

4. 具有汽液两相产品时塔压的控制 306

5. 浮动压力控制 308

第六节 再沸器的控制 308

1. 水蒸气加热再沸器的控制 308

2. 显热加热的再沸器的控制 309

3. 直接火加热再沸器(再沸炉)的控制 311

参考文献 311

第十三章 精馏塔的高级控制 312

第一节 串级控制系统 312

1. 特点 312

2. 应用 312

第二节 前馈控制系统 312

1. 基本原理 312

2. 在精馏过程中的应用 312

第三节 采用计算指标的控制系统 315

1. 内回流控制 315

2. 焓控制 316

第四节 关联分析与解耦控制 317

1. 控制系统的关联分析 317

2. 减少和消除耦合的途径 319

3. 解耦控制系统的设计 323

第五节 双重控制系统 324

1. 基本原理与结构 324

2. 特点 324

3. 应用 326

第六节 推断估计与推断控制 326

1. 基本原理与适用场合 326

2. 推断控制系统的设计 327

3. 精馏塔的推断控制 331

4. 推断控制中辅助变量的选取 332

5. 脱丁烷塔塔顶丁烷浓度的推断控制 336

6. 脱丁烷塔塔底丙烷浓度推断控制 338

7. 丙烯精馏塔的推断估计 339

第七节 内模控制和预测控制 345

1. 内模控制系统的基本原理 345

2. 内模控制系统的特性 346

3. 预测控制的基本原理 347

4. 预测控制设计中的注意问题 351

第八节 基于人工神经网络(ANN)的估计和控制 353

1. 概述 353

2. 人工神经网络的结构和基本算法 353

3. 人工神经网络在控制系统中的应用类型 355

4. 基于人工神经网络的系统辨识 355

5. 几种典型的基于(ANN)的控制器结构 356

6. 精密精馏塔产品浓度的ANN在线估计 357

参考文献 357

第十四章 精馏塔的优化和控制 359

第一节 概述 359

1. 引言 359

2. 工业过程计算机控制与优化集成系统的结构 359

3. 在线优化的四大要素 360

4. 在线优化的一般步骤 361

5. 精馏塔的最优化 362

第二节 精馏塔优化目标函数的建立 365

1. 成本和利润目标函数 365

2. 成本函数 366

3. 单位进料量的利润函数 366

4. 综合收益函数 366

第三节 精馏塔稳态最优控制算法 366

1. 以成本函数为目标函数的最优控制算法 366

2. 以单位进料量的利润函数为目标函数的最优控制算法 367

3. 以综合收益函数为目标函数的最优控制算法 368

4. 精馏塔稳态优化控制的实现 368

5. β值的计算和实验测量 368

第四节 精馏塔的节能控制 369

1. 概述 369

2. 不合理的控制方案造成能量浪费 369

3. 控制系统误差造成能量浪费 370

4. 精馏塔典型控制方案与节能的关系 370

参考文献 372

第十五章 精馏装置计算机优化控制示例 373

第一节 概述 373

1. 计算机优化控制系统的构成 373

2. 两级计算机优化控制系统的特点和功能 373

3. 计算机优化控制的经济效益 374

第二节 在线实时稳态优化软件 375

1. 引言 375

2. 基本原理 376

3. 过程模型库 376

4. 微分方程求解系统 376

5. 在线闭环实时优化策略 377

第三节 炼油厂气体分离装置的优化控制 377

1. 目标 377

2. 丙烯塔提馏段物料平衡控制 377

3. 双温差控制和产品质量闭环控制 378

4. 质量控制的软测量和直接质量闭环控制 379

5. 节能优化控制 379

第四节 乙烯生产装置的高级控制与优化 379

1. 结构 379

2. 各层子系统功能 380

3. 乙烯装置分离塔系的高级控制和优化系统 381

参考文献 382