第一篇 引论 1
第一章 目标和约束条件 1
1.1 保质产品 1
1.1.1 不合格 1
1.1.2 通过调合使产品合格 2
1.1.3 在平均值附近变化 3
1.1.4 超过规格 3
1.1.5 第三组分 4
1.2 质量可变的产品 4
1.2.1 第三组分的控制 5
1.2.2 中间产品和副产品 7
1.2.3 负价产品 7
1.2.4 再循环的原料 8
1.3 产品收率 8
1.3.1 收率的定义 8
1.3.2 收率与纯度 9
1.3.3 未回收产品的成本 10
1.3.4 最大收率 10
1.4 加热和冷却成本 11
1.4.1 能源 11
1.4.2 冷源 12
1.4.3 成本和转换系数 13
1.4.4 最低能耗 14
1.4.5 能耗与纯度 14
1.5 能量传递的限制 15
1.5.1 再沸器的约束条件 15
1.5.2 冷凝器的约束条件 17
1.5.3 浮压操作 17
1.6 塔的约束条件 18
1.6.1 泄漏和脉动现象 18
1.6.4 预估液泛界限 19
1.6.3 雾沫夹带和起泡 19
1.6.2 液泛现象 19
1.6.5 操作窗 20
1.6.6 总操作成本 22
第二篇 常规蒸馏过程 23
第二章 二元分离过程 23
2.1 相对挥发度 23
2.1.1 理想混合物 23
2.1.2 相对挥发度的定义 23
2.1.3 α随温度的变化 25
2.1.4 全回流操作 26
2.2 分离度 27
2.2.1 影响分离度的因素 27
2.2.2 分离度与V/F的关系 29
2.2.3 恒定分离度的等值线 31
2.3.1 总物料平衡和组分平衡 32
2.3 物料平衡 32
2.3.2 质量与数量 33
2.3.3 内部平衡 33
2.3.4 液体容量滞后 34
2.3.5 成分的时间常数 35
2.3.6 回流罐的滞后 35
2.3.7 可控性 36
2.4.2 液体蓄积量 37
2.4.1 总的能量平衡 37
2.4 能量平衡 37
2.4.3 回流的热焓 38
2.4.4 进料的热焓 39
2.5 质量与能量之间的相互关联 39
2.5.1 相关和控制 39
2.5.2 操作回流比 40
2.5.3 能量平衡的扰动 41
2.5.4 部分冷凝器 42
2.5.5 双塔 43
第三章 多组分分离过程 45
3.1 塔顶的第三组分 45
3.1.1 气体在液体中的溶解度 45
3.1.2 常压操作和用气体加压 46
3.1.3 全部冷凝 47
3.1.4 部分冷凝 48
3.1.5 两相的塔顶产品 50
3.2 双产品塔 50
3.2.1 关键组分 51
3.2.2 各组分之间的分离度 51
3.2.3 多组分物料平衡 53
3.3 多塔系统 54
3.3.1 轻馏分的分馏 55
3.3.2 再循环流体 56
3.3.3 蓄液量的控制 57
3.3.4 能量的综合利用 58
3.4 多产品塔 59
3.4.1 精制塔(即巴氏塔) 59
3.4.2 蒸汽侧线与液体侧线 61
3.4.3 多股进料 62
3.5 天然原料的蒸馏 63
3.5.1 常压塔 63
3.5.2 产品的规格 64
3.5.3 过闪蒸残渣 65
3.5.4 物料平衡 65
3.5.5 热量回收 66
第三篇 特殊蒸馏过程 67
第四章 吸收、汽提(解吸)和萃取蒸馏 67
4.1 物理吸收和解吸 68
4.1.1 吸收平衡 68
4.1.3 吸收剂的性质 69
4.1.2 预吸收作用 69
4.1.4 物料平衡 70
4.1.5 再沸式汽提塔 71
4.2 化学吸收与解吸 71
4.2.1 化学平衡 71
4.2.2 pH调节 72
4.2.3 酸性气体 73
4.2.4 烟道气的脱硫 74
4.3 萃取蒸馏 75
4.3.1 萃取剂的循环回路 76
4.3.2 萃取机理 77
4.3.3 萃取剂的选择 78
4.3.4 热量平衡 79
4.4 用水蒸气汽提 80
4.4.1 单液相 80
4.4.2 双液相 81
4.4.3 热量平衡 82
第五章 共沸蒸馏 84
5.1 二元多相共沸混合物 84
5.1.1 糠醛-水系统 84
5.1.2 用倾析器的进料汽提 85
5.1.3 用塔的进料汽提 87
5.1.4 双塔操作 88
5.1.5 能量平衡 89
5.2 对压力敏感的均相共沸混合物 90
5.2.1 在两种压力下操作 90
5.2.2 能量的需要量 91
5.2.3 能量的综合利用 92
5.3 三元多相共沸混合物 92
5.3.1 用苯从水中分离乙醇 92
5.3.2 塔板上的双液相 93
5.3.3 物料和能量平衡 93
5.4 含有二元共沸混合物的三元系统 94
5.4.2 萃取过程 95
5.4.1 醋酸-水-醋酸乙酯系统 95
5.4.3 酸的脱水 96
5.4.4 物料平衡的若干考虑 97
5.4.5 调整溶剂-水的比值 98
5.4.6 间接测量酸的质量 99
第四篇 控制 101
第六章 能量引入控制 101
6.1 热力学与节能 101
6.1.1 不可逆过程 102
6.1.2 调合 103
6.1.3 调节阀 105
6.1.4 传热 108
6.2 再沸器 110
6.2.1 沸腾 110
6.2.2 再沸器的特性 111
6.2.3 逆响应 114
6.3 加热介质 117
6.3.1 水蒸气和其它蒸汽 117
6.3.2 用液体加热 119
6.3.3 燃料的直接燃烧 120
6.4 控制蒸汽流量 122
6.4.1 塔的差压控制 122
6.4.2 用计算单元控制传热 123
6.4.3 控制预热 124
第七章 能量引出控制 126
7.1 冷凝器 126
7.1.1 空气冷却式冷凝器 126
7.1.2 蒸发式冷凝器 128
7.1.3 水冷式冷凝器 129
7.2 压缩和膨胀 132
7.2.1 热泵 132
7.1.4 直接接触式冷凝器 132
7.2.2 压缩机控制 135
7.2.3 膨胀和液化 137
7.2.4 减压系统 139
7.3 致冷 140
7.3.1 单组分致冷剂 141
7.3.2 多组分致冷剂 143
7.3.3 吸收系统 144
7.3.4 水蒸气喷射致冷 145
7.4 压力和回流的控制 146
7.4.1 浮压控制 147
7.4.2 部分冷凝器 149
7.4.3 内回流控制 152
第八章 产品质量控制 154
8.1 物料平衡控制 154
8.1.1 常规控制系统 154
8.1.2 物料平衡控制 156
8.1.3 对进料成分的灵敏度 157
8.1.4 对控制作用的灵敏度 159
8.1.5 多组分系统的灵敏度 161
8.1.6 动态响应 162
8.2 前馈控制系统 164
8.2.1 前馈控制 165
8.2.2 稳态模型 165
8.2.3 强迫内部平衡 167
8.2.4 动态补偿 168
8.2.5 反馈调整 169
8.2.6 标度换算 171
8.3 分离度的影响 172
8.3.1 维持恒定的分离度 172
8.3.2 恒汽化量操作 173
8.3.3 分离度的调整 175
8.4 质量的反馈控制 176
8.4.1 间接测量法 176
8.3.4 对压力变化的补偿 176
8.4.2 在线分析器 178
8.4.3 反馈回路的动态 179
8.4.4 采样控制 180
8.4.5 补偿增益的变化 181
第九章 约束条件内的控制 183
9.1 选择性控制系统 183
9.1.1 自加的约束条件 183
9.1.2 超驰控制 185
9.1.3 可变结构系统 187
9.1.4 开车、停车和备用操作 188
9.2 加热系统的管理 190
9.2.1 防止过量的燃料 190
9.2.2 补充燃烧 191
9.2.3 多再沸器塔 191
9.3.1 符合几种规格 192
9.3 修改质量控制 192
9.3.2 前馈控制的改变 193
9.3.3 质量控制的失灵 194
9.3.4 重新构成质量控制回路 194
9.4 最大生产率 197
9.4.1 约束条件的估计 197
9.4.2 估算塔的能力 199
9.4.4 生产调度 201
9.4.3 平衡塔间负荷 201
第十章 相关与去偶 203
10.1 相对增益的概念 203
10.1.1 相对增益的确定 204
10.1.2 正相关 206
10.1.3 负相关 207
10.1.4 动态影响 208
10.2 涉及单一产品的相关 210
10.2.2 叠套式控制回路 211
10.2.1 矩阵化简 211
10.2.3 成分和液位之间的相关 212
10.2.4 并联再沸器 213
10.3 成分回路之间的相关 214
10.3.1 操作产品和分离度 215
10.3.2 操作回流量与汽化量 216
10.3.3 附加组分的影响 218
10.3.4 多产品塔 219
10.4 去偶系统 221
10.4.1 正相关的去偶 221
10.4.2 负相关的去偶 223
10.4.3 动态补偿 224
10.4.4 多产品的去偶 225
10.4.5 部分去偶 225
第十一章 最优控制系统 227
11.1 最优化的原则 227
第五篇 最优化 227
11.1.1 最优化水平 228
11.1.2 目标函数 228
11.1.3 用前馈和反馈实现最优化的比较 229
11.1.4 操作变量的选择 230
11.2 单塔最优化 231
11.2.1 生产保质产品的塔 231
11.2.2 无保质产品的塔 235
11.2.3 求最优进料量 237
11.3 多塔最优化 239
11.3.1 双塔最优化 239
11.3.2 有限能源的分配 241
附录A 二元分离过程的逐板计算程序 243
附录B 符号表 245
附录C 成分的换算 246
附录D 逆响应的动态分析 247
英-公制单位换算表 248