前言

在化工生產過程中，為實現精細的分離任務，往往需要多種不同類型單元設備的協同配合，且隨著設備的運行，部分設備的結構和性能會發生改變，并直接影響到整個系統關鍵產品的分離及能量的高效利用，成為制約系統節能減排的瓶頸。以化工過程的分離裝置為例，核心操作單元精餾塔隨著設備的長期運行，塔內結垢或者進料組成及流量等發生改變，可能會導致精餾塔內部塔板的傳熱/傳質異常，塔板利用率下降。傳統的裝置內部塔板結構改造措施，操作復雜且成本較高。本書圍繞進料位置不合適引起的塔內部傳熱/傳質異常的問題展開，研究精餾塔系統進料瓶頸的識別方法，探討消除進料瓶頸進料位置調整的流程重構策略，并設計出重構后系統的再優化及關鍵過程設備的控制策略。以乙烯裂解過程多股進料脫甲烷裝置為例，提出了化工過程流程重構的設計、識別及操作條件再優化的系統理論和實踐方法。

①對于實際裝置上開展理論研究工作的難題，可以通過建立相似功能的仿真系統來實現。針對復雜系統中的循環物流的問題，提出基于寄存器思想的數學模型，進而實現對整個脫甲烷塔裝置建模，同時能為化工系統中循環系統的建模提供解決策略。

②通過精餾塔內部的傳熱/傳質組合曲線的圖示法，有效識別出精餾塔內部的傳熱/傳質的瓶頸位置，并指出系統中進料瓶頸的位置。通過在乙烯裂解過程中的關鍵過程——多股進料脫甲烷塔裝置上的仿真應用研究，針對原始設計，采用進料瓶頸識別的方法能夠有效找到多股進料脫甲烷塔裝置中脫甲烷塔的進料瓶頸。

③通過對進料瓶頸處進料位置的調整，對于塔內部的傳熱/傳質的影響進行分析，采用脫甲烷塔裝置瓶頸進料位置調整的流程重構方法，被證明對于系統的節能及降低內部的傳熱/傳質的瓶頸具有顯著的作用。對產品質量改變和處理量調整兩個方面的研究證實，流程重構方法均能有效降低多股進料脫甲烷塔系統的能量消耗，是一種可以采用的精餾塔的節能降耗改造策略。

④流程重構后多股進料脫甲烷塔裝置的操作條件未必處于最優狀態，需要重新優化操作條件。本書提出的脫甲烷塔裝置核心流程的單塔優化與擴展裝置的復合塔優化的實施方法，主要是從裝置仿真級的角度出發，分別采用了單塔優化和復合塔優化的策略來解決能量優化的問題。關于操作優化所產生的經濟及節能效益，建議采用考慮進料操作的復合塔優化策略，但單塔優化也能得到系統的次優操作條件且容易實現優化。

⑤多股進料脫甲烷塔的控制直接關系到產品的分離和系統的能耗，過程控制與協同優化策略能同時實現系統的關鍵指標的控制及系統能耗的最優化，即通過主要變量的目標指標控制，次要變量的協同優化以得到系統能耗最低的控制策略。通過脫甲烷塔的塔頂和塔底的控制及協同優化的實施，能夠有效降低原始操作條件下的系統能耗。另外，在進料位置切換條件下，需要考慮生產指標控制的問題。根據塔頂和塔底指標在進料位置切換時的動態分析，針對小范圍切換，采用常規控制策略即可滿足對塔頂和塔底指標的控制。指標控制與進料位置切換在需要的時候也能夠同步進行。對多股進料脫甲烷塔的仿真結果表明，同步切換比分步切換的控制效果更好。

由于筆者水平有限，編寫過程中不足之處在所難免，希望廣大讀者批評指正。

著者