上篇 常规精馏过程的建模、优化与控制 3
第1章 精馏过程节能与控制优化 3
1.1 引言 3
1.2 精馏过程的节能分析 5
1.2.1 热力学评价 5
1.2.2 推动力分析 7
1.2.3 操作线分析 8
1.2.4 热源和冷源 10
1.3 精馏过程的节能方法 10
1.3.1 单塔热回收 10
1.3.2 双效精馏 12
1.3.3 热泵精馏 13
1.3.4 全面热集成过程 15
1.4 精馏过程控制 17
1.4.1 控制科学与过程控制 17
1.4.2 精馏过程控制 18
1.4.3 常规控制系统 19
1.4.4 先进控制策略 19
1.5 精馏过程优化 24
1.5.1 过程优化 24
1.5.2 精馏过程优化模型 26
1.5.3 精馏过程优化方法 27
1.6 过程概念设计与集成设计 30
1.6.1 过程概念设计 30
1.6.2 过程集成设计 34
第2章 乙烯生产分离过程的建模与仿真 37
2.1 引言 37
2.2 精馏过程建模 40
2.2.1 概述 40
2.2.2 精馏塔通用动态模型 42
2.2.3 非平衡级精馏模型 47
2.3 精馏过程流程模拟 51
2.3.1 概述 51
2.3.2 过程仿真方法 52
2.3.3 商业化软件介绍 54
2.4 基于PRO/Ⅱ模拟软件的流程模拟与分析 60
2.4.1 丙烯塔仿真结果与分析 60
2.4.2 脱丙烷塔仿真结果与分析 63
2.5 基于非平衡级精馏技术的流程模拟与分析 68
2.5.1 乙烯精馏塔仿真结果与分析 68
2.5.2 脱乙烷塔仿真结果与分析 71
第3章 空分过程的建模与优化 75
3.1 引言 75
3.2 低温空分技术进展 76
3.3 低温空分原理及热力学分析 82
3.3.1 低温空气分离原理 82
3.3.2 空分装置？分析 83
3.4 基于Aspen软件平台的空分流程模拟与分析 88
3.4.1 引言 88
3.4.2 机理建模与参数修正 90
3.4.3 仿真结果 96
3.4.4 灵敏度分析与操作调优 96
3.5 低温空分过程自主建模 103
3.5.1 引言 103
3.5.2 物性计算与流程计算 104
3.5.3 数学模型的建立 110
3.5.4 自由度分析 113
3.5.5 操作参数的设定 114
3.5.6 求解方法和框架设计 114
3.5.7 仿真结果与分析 115
3.6 低温空分过程优化 117
3.6.1 优化模型数学描述 118
3.6.2 优化算法 121
3.6.3 优化结果与分析 123
第4章 间歇精馏过程的控制策略 125
4.1 引言 125
4.2 化工过程精细化与精馏 126
4.2.1 概述 126
4.2.2 精细化工精馏过程模型化与控制优化 130
4.3 间歇精馏过程控制 133
4.3.1 PID控制 133
4.3.2 自适应控制 134
4.3.3 预测控制 135
4.3.4 模糊控制 136
4.3.5 推理控制 137
4.3.6 最优控制 137
4.4 高纯精馏过程控制 140
4.5 间歇精馏过程控制研究方案与策略 141
下篇 内部热耦合精馏节能技术的建模、优化与控制 147
第5章 内部热耦合精馏塔的模型化与稳态特性 147
5.1 内部热耦合精馏塔 147
5.1.1 结构原理和节能分析 147
5.1.2 研究现状 149
5.1.3 一种SRV填料塔静态设计 151
5.1.4 问题的起源 156
5.2 过程数学模型的建立 157
5.2.1 模型假设 157
5.2.2 模型推导 157
5.2.3 模型说明 161
5.3 简约方程联立法 162
5.4 稳态模型的仿真算法 164
5.4.1 牛顿-拉夫森法 164
5.4.2 稳态模型的仿真步骤 166
5.5 仿真概述与模型检验 167
5.5.1 仿真概述 167
5.5.2 模型检验 168
5.6 过程分析 169
5.6.1 基于过程操作费用的分析 169
5.6.2 基于过程能耗和热力学效率的分析 172
5.7 操作参数对组成的影响规律 174
5.7.1 苯-甲苯物系操作参数对组成的影响规律 174
5.7.2 乙醇-水物系操作参数对组成的影响规律 177
5.8 稳态特性与分析 179
5.8.1 操作参数评价 179
5.8.2 塔内部耦合分布规律 182
第6章 内部热耦合精馏塔的动态特性 185
6.1 引言 185
6.2 动态模型的仿真技术 186
6.2.1 残差方程形式的表述技巧 186
6.2.2 Gear算法 187
6.2.3 动态模型的仿真步骤 190
6.3 仿真概述与模型检验 191
6.3.1 仿真概述 191
6.3.2 模型检验 191
6.4 自由度分析 194
6.5 全塔动态响应 195
6.5.1 苯-甲苯物系 195
6.5.2 乙醇-水物系 196
6.6 高纯下的动态特征与分析 198
6.6.1 系统描述 198
6.6.2 非线性和不对称特性 198
6.6.3 反向响应 200
6.6.4 外部扰动的强烈影响 202
6.6.5 模型失配 204
6.6.6 交互作用和过程定向增益 204
第7章 内部热耦合精馏塔的先控策略 206
7.1 PID控制 206
7.1.1 单端组分PID控制（S-PID） 207
7.1.2 双端组分PID控制（M-PID） 208
7.1.3 单端、双端组分PID控制比较 209
7.2 P-PID控制 210
7.2.1 设计概述 210
7.2.2 模型辨识 211
7.2.3 苯-甲苯物系P-PID、M-PID比较研究 212
7.3 IMC控制 213
7.3.1 IMC控制原理 213
7.3.2 内部热耦合精馏塔的内部模型 214
7.3.3 IMC参数辨识与设计 215
7.3.4 仿真与分析 216
7.3.5 IMC、P-PID进一步比较研究 219
7.4 非理想物系的鲁棒PID控制 221
7.4.1 基于闭环增益成形控制算法的PID控制原理介绍 222
7.4.2 最小二乘一次完成辨识方法 223
7.4.3 仿真与分析 224
7.4.4 鲁棒PID与预测PID的进一步比较 227
7.5 高纯内部热耦合精馏塔先控策略 229
7.5.1 高纯与非高纯操作下的响应特性比较 229
7.5.2 解耦PID控制 230
7.5.3 非线性一般模型控制 234
7.5.4 动态矩阵控制 240
7.5.5 内模控制和其改进 251
7.5.6 多回路PID控制及其改进 254
7.6 超高纯内部热耦合技术的动态特性分析和控制设计 257
第8章 内部热耦合精馏塔的集成优化 259
8.1 引言 259
8.2 优化策略和集成优化思想 261
8.2.1 优化策略 261
8.2.2 集成优化思想 262
8.3 集成优化数学模型的建立 262
8.3.1 模型假设 262
8.3.2 模型推导 263
8.3.3 模型说明 267
8.4 集成优化模型的求解策略 267
8.4.1 变分法与贝尔曼最佳原理 267
8.4.2 集成策略 268
8.4.3 算法选择与初值生成策略 272
8.5 节能潜力的优化研究 273
8.5.1 苯-甲苯物系 273
8.5.2 乙醇-水物系 277
8.6 操作费用节省的优化研究 278
8.6.1 苯-甲苯物系 278
8.6.2 乙醇-水物系 280
8.7 可控性检验 283
参考文献 285