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作为典型的化工过程强化设备之一,分壁精馏塔(Divided-wall column,DWC)可以在一个塔内实现三组分,四组分甚至更多元组分的高纯度分离。Kaibel分壁精馏塔(Kaibel DWC,KDWC)是分离三组分DWC的进一步强化形式,用于分离四元混合物。 本文以苯、甲苯、二甲苯和均三甲苯的四元混合物为研究体系,研究了KDWC分离该体系的稳态特性和动态控制。采用Aspen Plus建立并优化KDWC的等效模型,通过分析KDWC的稳态特性确定合适的操作条件。在该操作条件下,采用Aspen Dynamic建立KDWC的动态控制模型,建立了基于分气比和产品控制5×5组分控制结构CS1。考察进料流量或组分发生±20%的扰动时CS1的控制效果,控制结果表明:CS1可以应对上述扰动,各产品纯度均可回到设计值附近,但上侧线产品纯度振荡幅度较大。 随后,根据CS1的控制结果进行改进,并在KDWC的动态控制模型中搭建CS2和CS3的控制结构。控制结果表明,CS2可以应对进料出现±20%的扰动,各产品纯度回到设计值附近;进料流量出现+20%的扰动后,下侧线产品纯度振荡极为严重,控制效果不理想。CS3可以应对进料出现±20%的扰动,各产品纯度回到设计值附近,且振荡幅度较小。组分控制结构中,CS3的控制效果最理想。 在此基础上,继续研究温度控制对KDWC的可行性,根据组分控制结构搭建相应的温度控制结构TS1,考察其控制效果。控制结果表明,TS1无法应对进料流量+15%的扰动,其主要原因是塔内压力的变化引起了控制器设定值的偏离。根据TS1的控制效果,引入了侧线压力补偿控制,并搭建相应的温度控制结构TS2。控制结果表明,TS2可以应对±20%的进料扰动,各产品纯度均可回到设计值附近,且平稳过程中振荡幅度较小。