甲醇是仅次于烯烃和芳烃第三重要的基础化工原料。近年来甲醇在新型能源特别是燃料电池和汽车燃料方面的用途得到了良好的开发,其需求量与产能也随着新用途的开发迅速提高。在合成甲醇工业生产过程中,粗甲醇的精制不仅是决定甲醇产品质量的重要工序,而且也是影响甲醇生产成本的关键因素之一。因此甲醇精制工艺节能和节水研究,是具有重要的实际意义。随着全球能源危机所引起的成本压力,目前我国普遍采用节能型的三塔双效精馏工艺精制甲醇。本文的研究对象是2005年吴嘉和陈露提出的一种新型双效精馏工艺(NLSF),与传统的工艺相比,新工艺能够节约能量24.7%,节约软水约38.0%。但是同时新工艺增加了系统的耦合程度,加强了两个塔之间的关联性,提高了系统对于进料波动的响应的复杂性,给控制带来了很大的难题。为了能够实现新工艺的工业应用,对新工艺进行详细的动态行为研究和可控性分析是必须的。本论文展开了严格机理模型的建立、模型参数寻优、动态行为研究、可控性分析和闭环动态响应的比较以及与文献中提到的两种典型的双效精馏工艺(LSF和FS)进行对比。详细内容包括:1.热集成双效精馏工艺的稳态和动态机理模型方法的介绍。在建立机理模型过程中充分考虑到新工艺操作变量相互耦合的复杂性,利用商业模拟软件Aspen Plus与Aspen Dynamics建立了新工艺的稳态和动态模型。为了使模型严格可靠,精馏塔模拟采用了考虑水力学影响的RADFRAC模块,精馏塔的换热器和冷凝器都采用独立的换热器Heatx模块,并以实际甲醇精制工艺中的设备参数和进料参数为模型参数。2.为了对三种工艺稳态模拟结果进行比较,必须首先解决操作参数求解的问题。热耦合双效精馏系统优化是一个强约束下多变量优化的难题,本论文采用模块化结合分布式遗传算法实现稳态最优化设计,求出LSF,FS和NLSF三种工艺操作参数。并对优化后三种工艺的能耗和产品质量进行分析比较。3.对于NLSF这种热耦合双效精馏结构,系统中变量之间的耦合非常严重,为了建立合适的控制方案,必须对系统的动态行为进行研究。本论文对系统对于进料扰动和操作变量扰动的开环动态响应进行详细研究,观察系统变量之间相互关系,总结新工艺的开环动态特性,并结合实际情况建立合理的控制策略。4.分析和比较新工艺的不同控制方案的控制效果,进行可控性分析是必须的。本论文采用一些相关的准数对系统进行可控性分析,利用可控性分析结果对控制方案的控制效果进行预测。以几种进料扰动为代表,比较新工艺不同控制方案下的闭环动态响应,对可控性分析的结果进行验证并选出最优的控制方案。5.为了更加深入的了解新工艺的动态行为特点和指导甲醇精馏工艺的选择,本论文对LSF,FS和NLSF三种工艺分别建立不同的控制策略,进行了可控性分析和闭环动态行为的研究,选择出最佳的控制方案。并在相同的进料扰动下,比较在各自最优控制方案下三种工艺的动态响应曲线。最后,对全文的工作进行总结,并且提出了进一步研究的方向。