CN105700499A

CN105700499A - 一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法

Info

Publication number: CN105700499A
Application number: CN201610048047.4A
Authority: CN
Inventors: 夏继英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-06-22

Abstract

本发明公开了一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，具体步骤包括：(a)单回路建模：分别建立回流罐液位模型、塔底液位模型、再沸器流量模型、进料流量模型、塔顶产品采出流量模型；(b)比值回路建模：结合步骤(a)中的进料流量模型和塔顶产品才出流量模型，利用比值控制器将进料的波动值叠加到塔顶产品流量的控制器上；(c)安装实施；(d)参数整定。本发明在二元精馏塔里通过单端(精馏段、塔顶)质量指标，在物料平衡的基础上，采用就近原则设计控制方案，引入了塔顶产品产率控制，克服了进料量波动和小回流比对回流罐液位调解失灵的情况，在提高产品的质量的同时，降低了能耗，从总体上实现了精馏塔的自动控制目标。

Description

一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法

【技术领域】

本发明涉及精馏塔技术领域，特别是精馏塔单端质量指标控制的技术领域。

【背景技术】

精馏过程是炼油、化工等现代生产过程中应用广泛的传质传热过程，通过反复的汽化与冷凝，是混合物料中的组分分离并达到某一纯度。精馏塔的控制则直接影响到产品质量、产量和能量消耗。

精馏塔是多输入多输出的对象，又多级塔板组成，机理复杂，滞后大，参数耦合严重，对控制效果提出了严峻的考验。对精馏塔的控制目标主要有：质量指标、产品产量和能量消耗。

现已有专利如CN201510052397，二元精馏塔的耦合分析系统，通过系统辨识获得解耦模型，并没有从机理角度解释控制方法的选择，稳定性与可靠性有待检验。本发明是在二元精馏塔里采用单端(精馏段、塔顶)质量指标，即对塔顶产品成分有要个要求，而对塔底产品成分只需保持在一定的范围内，通过机理建模，在现有生产过程的控制方法的基础上考量进料量的波动、回流罐液位调节失灵的问题，从自动控制的角度提出改进方法。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，在原有控制框架的基础上增加了可以克服进料量波动和小回流比对回流罐液位调解失灵问题的回路，有效地提高精馏过程系统的控制精度和产品质量，并且易于实现计算机控制。

为实现上述目的，本发明提出了一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，所述控制方法利用单端质量指标的方式，在二元精馏塔中增加了对进料量与塔顶产品采出量进行比值控制，具体步骤包括：

(a)单回路建模：分别建立回流罐液位模型、塔底液位模型、再沸器流量模型、进料流量模型、塔顶产品采出流量模型；

(b)比值回路建模：结合步骤(a)中的进料流量模型和塔顶产品才出流量模型，利用比值控制器将进料的波动值叠加到塔顶产品流量的控制器上；

(c)安装实施：根据控制方案现场安装流量监测、液位检测等；

(d)参数整定：二元精馏塔中采用单端质量指标控制，分别对单回路参数、进料量与塔顶产品采出量的比值控制回路的控制参数进行整定。

作为优选，所述(a)、(b)步骤中，各模型的建立通过机理分析，在物料平衡和能量平衡的基础上进行系统参数的确定，比值回路的比例系数根据参数整定来确定。

作为优选，所述(c)步骤中，调节器的输出为电气转换后的气压信号，经过气动阀门定位器进行功率放大，从而推动气动薄膜调节阀，实现防爆，确保生产安全。

作为优选，所述(d)步骤中，精馏段和塔顶质量指标控制有别于两端质量指标控制和提馏段和塔底质量指标控制，而将进料量与输出产品的流量进行比值控制，则是实现了输入输出的跟随效果，产品质量更加稳定。

本发明的有益效果：本发明一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法在工作过程中，在二元精馏塔里通过单端(精馏段、塔顶)质量指标，在物料平衡的基础上，采用就近原则设计控制方案，引入了塔顶产品产率控制，克服了进料量波动和小回流比对回流罐液位调解失灵的情况，在提高产品的质量的同时，降低了能耗，从总体上实现了精馏塔的自动控制目标。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法的流程工艺图。

【具体实施方式】

参阅图1，本发明一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，具体步骤包括：

步骤一、分别建立回流罐液位模型、塔底液位模型、再沸器流量模型、进料流量模型、塔顶产品采出流量模型；

步骤二、结合步骤一中的进料流量模型和塔顶产品才出流量模型，利用比值控制器将进料的波动值叠加到塔顶产品流量的控制器上；

步骤三、根据控制方案现场安装流量监测、液位检测等；

步骤四、二元精馏塔中采用单端质量指标控制，分别对单回路参数、进料量与塔顶产品采出量的比值控制回路的参数进行整定。

精馏塔是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上，进行组分的分离。其中，影响物料平衡的主要是进料量和进料组分的变化、塔顶或塔底采出量的变化；影响能量平衡的是进料温度或热焓的变化、再沸器加热量、冷凝器冷却量以及环境温度的变化等。以下对二元精馏塔进行静动态建模分析：

1、全塔物料平衡

稳态时进料等于出料：

F＝T+B

轻组分的物料平衡为：

F_{X_{F}} = T_{X_{T}} + B_{X_{B}}

式中，F,T,B分别为进料量、塔顶采出量、塔底采出量，kmol/min；X_F,X_T,X_B分别为进料、塔顶采出物、塔顶采出物中轻组分的浓度，摩尔分率。

2、塔内汽液平衡

定义分离度为：

S = \frac{X_{T} (1 - X_{B})}{X_{B} (1 - X_{T})}

根据Douglas等人对Fenske方程的推广：

S = {[\frac{α}{\sqrt{1 + (T / L) * (1 / X_{F})}}]}^{n E}

式中，α为平均相对挥发度；n为塔板数；E为平均塔板效率；L为塔顶回流量。

3、冷凝器与回流罐

假设塔顶气相全部冷凝进入回流罐，可得：

\frac{{dM}_{T}}{d t} = V_{R} - L_{R} - T

易挥发组分物料平衡为：

\frac{d (M_{T} X_{T})}{d t} = V_{R} Y_{1} - (L_{R} + T) X_{T}

式中，M_T为回流罐的蓄液量，kmol；V_R为精馏塔顶气相流量，kmol/min；L_R为塔顶内回流量，kmol/min；Y₁为第一块塔板上方气相中易挥发组分的摩尔分数。

4、精馏塔第i块塔板

易挥发组分物料平衡为：

M_{i} \frac{{dX}_{i}}{d t} = L_{R} X_{i - 1} + V_{R} Y_{i + 1} - L_{R} X_{i} - V_{R} Y_{i}

5、进料板的物料平衡

M_{n_{F}} \frac{{dX}_{n_{F}}}{d t} = L_{R} X_{n_{F} - 1} + V_{S} Y_{n_{F} + 1} - L_{S} X_{n_{F}} - V_{R} Y_{n_{F}} + F_{X_{F}}

6、提馏段第j块塔板

M_{j} \frac{{dX}_{j}}{d t} = L_{S} X_{j - 1} + V_{S} Y_{j + 1} - L_{S} X_{j} - V_{S} Y_{j}

7、塔底与再沸器

总平衡为：

\frac{{dM}_{B}}{d t} = L_{S} - V_{S} - B

易挥发组分平衡式：

\frac{d (M_{B} X_{B})}{d t} = L_{S} X_{n} - V_{S} Y_{B} - {BX}_{B}

本发明工作过程：

本发明一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法在工作过程中，在二元精馏塔里通过单端(精馏段、塔顶)质量指标，在物料平衡的基础上，采用就近原则设计控制方案，引入了塔顶产品产率控制，克服了进料量波动和小回流比对回流罐液位调解失灵的情况，在提高产品的质量的同时，降低了能耗，从总体上实现了精馏塔的自动控制目标。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，其特征在于：所述控制方法利用单端质量指标的方式，在二元精馏塔中增加了对进料量与塔顶产品采出量进行比值控制，具体步骤包括：

2.如权利要求1所述的一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，其特征在于：所述(a)、(b)步骤中，各模型的建立通过机理分析，在物料平衡和能量平衡的基础上进行系统参数的确定，比值回路的比例系数根据参数整定来确定。

3.如权利要求1所述的一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，其特征在于：所述(c)步骤中，调节器的输出为电气转换后的气压信号，经过气动阀门定位器进行功率放大，从而推动气动薄膜调节阀，实现防爆，确保生产安全。

4.如权利要求1所述的一种改进的精馏塔单端质量指标控制方法，其特征在于：所述(d)步骤中，精馏段和塔顶质量指标控制有别于两端质量指标控制和提馏段和塔底质量指标控制，而将进料量与输出产品的流量进行比值控制，则是实现了输入输出的跟随效果，产品质量更加稳定。