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摘 要

在精对苯二甲酸（PTA）的生产中会生成副产物醋酸甲酯，造成醋酸的损耗。虽然醋酸甲酯可以通过精馏设备得以回收，但是由于其用途有限，且纯度不高，所以不能获得高附加值的利用。本文将对醋酸甲酯水解工艺进行模拟，并在稳态模拟的基础上对自动控制方案进行动态实现。本课题主要研究内容如下：

首先，根据实际生产装置和工艺过程，采用Aspen Plus稳态模拟软件，在单元操作模型和物性方法选择合理的基础上，对各设备参数进行分析和设置，建立合理的醋酸甲酯水解装置的稳态模拟系统。

然后，认真分析固定床反应板、催化反应精馏塔3D-665、甲醇吸收塔3D-669的机理特性，在对系统的特性和控制目标分析基础上，设计简单控制回路对扰动影响不大，控制要求不高的参数进行控制。例如塔釜液位控制，塔压控制，回流罐液位控制等。对于进料流量则采用比值控制回路来抑制进料扰动影响。此外，由于甲醇出料成分浓度要求较高，对于甲醇浓度采用成分控制器进行控制。

最后，在稳态模拟的基础上进行动态设置后，将稳态模拟转化为动态模拟。采用Aspen Dynamics在系统运行平稳后添加控制方案，通过对PID参数的整定和控制方案的调整，使系统能够迅速克服进料量扰动以及进料组分扰动的影响，确保系统具备一定的抗干扰能力。

关键词：醋酸甲酯水解；流程模拟；Aspen Plus；Aspen Dynamics

The automatic control simulation system of low concentrated methyl acetate to acetic acid process

ABSTRACT

Methyl acetate byproduct is generated in production of purified terephthalic acid (PTA), causing loss of acetic acid. Although methyl acetate can be recovered by distillation equipment, because of its limited use and the not high purity, it can not be obtained using a high added value. This article is focused on the simulation of methyl acetate hydrolysis process and the implementation of dynamic system with automatic control scheme based on the steady state simulation. The article reads as follows:

First, according to the actual production unit structure and process parameters, the steady state simulation system of the methyl acetate hydrolysis device is established by the chemical simulation process software Aspen Plus. A correct steady state simulation system is based on reasonable choices of unit operation models and property methods with actual production data.

Then, Analyzing carefully mechanism features of the catalytic reaction distillation column 3D-665 and methanol absorber tower 3D-669, combining common control scheme of distillation column based on analysis of the system characteristics and control objectives, determining controlled variables and manipulated variables of the automatic control loop, simple control circuit to control the parameters of the request is not high. Tower kettle liquid level control, for example, pressure control, return tank liquid level control, etc. For feed flow ratio control circuit is adopted to suppress the disturbance of incoming material. The demand is higher, due to a material composition methanol concentration for methanol concentration using component controller to control.

Finally, Steady state simulation is converted to dynamic simulation by dynamic settings based on steady state simulation. Adding control scheme by using Aspen Dynamics after system is running smoothly. By tuning the PID parameters and adjusting control strategies, the system is able to overcome the disturbances of feed rate and feed components quickly, which ensures the interference immunity of the system.

Key words: Methyl acetate hydrolysis; Process simulation; Aspen Plus; Aspen Dynamics

目 录

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 课题的研究现状 2

1.3 稳态模拟技术与动态模拟技术简介 3

1.4 常见的化工过程流程模拟软件 4

1.4.1Aspen Plus的特点及应用 4

1.5 模拟软件在本文中的应用 4

1.6 本文研究内容 5

第二章 醋酸甲酯水解工艺稳态模拟 6

2.1 醋酸甲酯水解工艺简介 6

2.1.1 工艺流程简介 6

2.1.2 原料规格 7

2.1.3 分离要求 7

2.2 设置全局特性 7

2.3 定义模拟流程 9

2.3.1 Aspen Plus单元操作模型的选择 9

2.3.2 定义化学组分 10

2.3.3 物性方法的选择 10

2.3.4 进料参数的设定 11

2.4 建立稳态模拟系统 12

2.4.1 反应器REACTOR稳态模型建立 12

2.4.2 反应精馏塔3D-665稳态模型建立 13

2.4.3 甲醇吸收塔3D-669稳态模型建立 14

2.4.4 其他设备稳态模型建立 15

2.4.5 醋酸甲酯水解工艺的稳态模型 15

2.5 稳态模拟结果分析 15

2.6 本章小结 16

第三章 醋酸甲酯水解工艺自动控制方案设计 17

3.1 醋酸甲酯水解工艺动态扰动分析 17

3.1.1 进料流量与进料成分 17

3.1.2 进料温度 17

3.1.3 再沸器加热蒸汽压力 17

3.1.4 冷却水压力和温度 18

3.1.5 环境温度 18

3.2 控制目标分析 18

3.3 常用控制方案分析 19

3.3.1 产品质量的开环控制 19

3.3.2 采用温度作为间接质量指标 19

3.3.3 精馏塔塔压控制 19

3.3.4 复杂控制 20

3.4 控制系统设计 20

3.4.1 催化反应精馏塔3D-665控制系统设计 20

3.4.2 甲醇吸收塔3D-669控制系统设计 25

3.4.3 固定床反应板控制系统 28

3.5 本章小结 29

第四章 醋酸甲酯水解工艺动态模拟 30

4.1 由稳态模拟转到动态模拟 30

4.1.1 添加压力设备以及压力设备的设计规定 30

4.1.2 设备定径 31

4.1.3 稳态转到动态 33

4.2 带控制方案的动态模拟 34

4.2.1 塔3D-665及反应器动态模拟控制 35

4.2.2 塔 3D-669动态模拟控制 36

4.3 动态模拟结果分析 37

4.3.1 动态无扰动模拟结果分析 37

4.3.2 进料流量扰动模拟结果分析 38

4.3.3 进料成分扰动模拟结果分析 41

4.4 本章小结 44

第五章 总结与展望 45

参考文献 46

致谢 48

第一章 绪论

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