CN110052052A - 多组分间歇精馏智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多组分间歇精馏智能控制系统及控制方法，控制系统中，精馏塔的底部通过循环管路与原料加热釜相连通，精馏塔的顶部出气口与冷凝器的进气口相连通，冷凝器的出液口上连接有回流比分配器，回流比分配器的出液口通过回流管路与精馏塔的顶部相连通、回流比分配器的出液口通过相应支路与多个接收罐相连通，利用该控制方法进行精馏，具有节能、省时、自动管理组分、自动回流管理和组分纯度高的优点。

Description

多组分间歇精馏智能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种多组分间歇精馏智能控制系统及控制方法。

背景技术

随着现代化工的飞速发展，生产规模的不断扩大，工艺过程越趋复杂，对工艺流程前后工序相互关联紧密，充分利用能源等提出的要求，DCS或PLC控制系统已发展为过程控制的主流。它在工业过程控制领域发挥了越来越重要的作用，广范应用于各种行业的生产过程中。生产设备自动化程度的提高有利于降低工厂生产成本，促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的质量，产量以及产品的竞争力。从某种意义上说，DCS或PLC控制技术为我们创造了不可忽视的经济效益和社会效益。精馏塔作为石油化工生产过程的一个十分重要的环节，对其实现科学的控制直接决定着产品的质量、产量和能耗，这也是工业自动化领域里的一个长期的研究课题。

精馏是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动下，使得易挥发组分(轻组分)不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行。精馏是应用最广的一种蒸馏。

DCS或PLC用于精馏生产控制过程中已经十分普遍，具有集中控制管理，远程手动操作，控制可靠性高等很好的性能；但是目前用于精馏生产中的DCS或PLC大多是集中了远程操作的控制，对操作人员的经验依赖性依然很重，尤其是多组分间歇精馏系统，由于产物组分较多，容易夹带，分离纯度波动较大，基本依赖于操作人员的操作经验，往往出现热量浪费，产物纯度不高，精馏时间长，控制不精确等生产问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的精馏生产中的DCS或PLC过于依赖操作人员的问题，而提供一种以DCS为基础的间歇精馏智能控制系统，这个系统具有节能、省时、自动管理组分、自动回流管理、组分纯度高等优点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种多组分间歇精馏智能控制系统，包括原料加热釜、精馏塔、冷凝器、回流比分配器、接收罐和DCS控制器，其中：

所述精馏塔的底部通过循环管路与所述原料加热釜相连通，所述精馏塔的顶部出气口与所述冷凝器的进气口相连通，所述冷凝器的出液口上连接有回流比分配器，所述回流比分配器的出液口通过回流管路与所述精馏塔的顶部相连通、所述回流比分配器的出液口通过相应支路与多个接收罐相连通；

所述DCS控制器与所述原料加热釜内的加热组件、设置在所述精馏塔顶部的温度传感器和分别设置于所述循环管路、支路和回流管路上的电控阀通讯连接。

基于所述控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据混合物的组成组分数将所述原料加热釜的加热温度划分为多个温度设定阶段，每一温度设定阶段的温度与对应组分沸点相近；

步骤2，密切监测所述精馏塔的塔顶温度，并根据塔顶温度波动值来确定组分夹带变化或组分变换，定义夹带温度限值T_min和组分突跃温度限值T_max，具体的：

当塔顶温度波动在T_min以下时，精馏塔的塔顶组分全采出，

当塔顶温度波动在T_min以上且T_max以下时，启动回流比分配器，

当塔顶温度波动在T_max以上时，调整所述原料加热釜的加热温度进入下一个温度设定阶段；

步骤3，从低到高，按照每一温度设定阶段依次运行步骤2，系统根据所述精馏塔的塔顶温度将产物冷凝液采出到指定的接收罐中；

步骤4，所有温度设定阶段执行完毕，停车。

在上述技术方案中，所述步骤1中，每一温度设定阶段的温度为对应组分沸点的整数值±1℃。

作为优选方式，所述步骤2中，T_min为0.2-0.8℃，优选为0.2-0.5℃；T_max为1.0-2.0℃，优选为1.5℃。

作为优选方式，所述步骤2中，监测所述精馏塔的塔顶温度时，设置塔顶温度监测时间间隔t1来监测周期内组分变化，保证质量稳定，设置监测时间长度t2来监测系统周期状态变化，其中t1为10-30s，所述t2为180-210s。

作为优选方式，所述步骤2中，原料加热釜的加热温度从一个温度设定阶段进入下一个温度设定阶段时，温度产物冷凝液都作为过渡组分采出到指定的一接收罐中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中设定夹带温度限值T_min和组分突跃温度限值T_max，并且塔顶温度波动在小于T_min时全采出，在大于T_min小于T_max时，启动回流比，在大于T_max时进入下一个温度阶段，如此既能保证塔顶冷凝液的采出质量，又能保证最大采出量，且在此基础上，可缩短整个系统的运行时间。

2.由于DCS控制器的设置，本系统可自动运行产出高质量的蒸馏液，无需操作人员依靠操作经验进行调整，进一步提高产物纯度，缩短精馏时间。

3.通过实际操作对比，本系统运行所消耗的能源比传统精馏所消耗的能源更少，运行时间也比传统精馏所消耗的运行时间更短，具有绿色环保的特点。

附图说明

图1所示为本发明的间歇精馏装置的结构示意图。

图2是本发明控制方法的流程图。

图中：1-加热釜，2-精馏塔，3-冷凝器，4-回流比分配器，5-接收罐。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种多组分间歇精馏智能控制系统，包括原料加热釜1、精馏塔2、冷凝器3、回流比分配器4、接收罐5和DCS控制器，其中：

所述精馏塔2的底部通过循环管路与所述原料加热釜1相连通，所述精馏塔2的顶部出气口与所述冷凝器3的进气口相连通，所述冷凝器3的出液口上连接有回流比分配器4，所述回流比分配器4通过回流管路与所述精馏塔2的顶部相连通、通过支路与多个接收罐5相连通；

所述DCS控制器与所述原料加热釜1内的加热组件、设置在所述精馏塔2顶部的温度传感器和分别设置于所述循环管路、支路和回流管路上的电控阀通讯连接。

基于所述控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据混合物的组成组分数将所述原料加热釜1的加热温度划分为多个温度设定阶段，通过严格设定每一温度设定阶段的温度处于对应组分沸点附近(即对应组分沸点的整数值±1℃)，防止对混合液过热而引起较多的组分夹带；

步骤2，密切监测所述精馏塔2的塔顶温度，并根据塔顶温度波动值来确定组分夹带变化或组分变换，定义夹带温度限值T_min和组分突跃温度限值T_max，具体的：

当塔顶温度波动在T_min以下时，精馏塔2的塔顶组分全采出，保证产量最大化；

当塔顶温度波动在T_min以上且T_max以下时，启动回流比分配器4(回流比根据蒸出物质设定)，去除夹带组分保证产物纯度；

当塔顶温度波动在T_max以上时，调整所述原料加热釜1的加热温度进入下一个温度设定阶段；

步骤3，从低到高，按照每一温度设定阶段运行步骤2，系统根据所述精馏塔2的塔顶温度将产物冷凝液采出到指定的接收罐5中；

步骤4，所有温度设定阶段执行完毕以后系统将进行自动停车。

作为优选方式，所述步骤2中，T_min为0.2-0.8℃，优选为0.2-0.5℃；T_max为1.0-2.0℃，优选为1.5℃。

作为优选方式，所述步骤2中，监测所述精馏塔2的塔顶温度时，设置塔顶温度监测时间间隔t1来监测周期内组分变化，保证质量稳定，设置监测时间长度t2来监测系统周期状态变化，其中t1为10-30s，所述t2为180-210s。

即监测塔顶温度波动时，以10-30s为一个时间段，在此时间段内监测塔顶温度波动与T_min和T_max的关系，并每间隔180-210s监测一次，这样既能保证采出质量稳定，又能监测系统周期性变化。

实施例2

原料组成：环己烷60％，甲基异丁基酮12％，二甲苯8％，异丙醇13％，水7％；精馏要求：除二甲苯外，其余组分均从塔顶采出，产品要求：环己烷纯度≥99％；甲基异丁基酮纯度≥98％；异丙醇纯度≥95％；

生产过程：启动装置，系统自动将5000kg的原料抽入塔底加热釜中，并运行自动程序进行精馏生产，控制参数设置见表,程序进程完毕后系统自动停车并复位。

对比实施例2

将5000kg的原料抽入塔底加热釜中，启动加热，设置底温上限为110℃，塔顶温度上升后全回流，待温度恒定后取样检测冷凝液含量，然后按照4:6回流比采出组分至环己烷罐；每隔30分钟取样检测待组分含量，如发现夹带增大则增大回流比，塔顶温度上升至82.5℃时，将冷凝液采出至异丙醇罐；不断取样监测，如发现夹带增大则增大回流比，塔顶温度上升至104℃时，将冷凝液采出至甲基异丁基酮罐；组分切换过程中的所有组分收集至过渡罐中；顶温下降时，预示轻组分已经蒸出完毕，停止加热，从塔底放出二甲苯残液。

实施例2和对比例2的结果比较如下：

表1本发明的智能控制系统精馏结果

表2 DCS正常精馏结果

从以上表1和表2可以看出，本发明的精馏系统运行结果在工作时间和能量上大幅节约，冷凝液组成纯度更优，收率更高，中间混合组分更少；利用传统方法蒸馏不能得到满足要求的甲基异丁基酮。

实施例3

原料组成：乙二醇7％，乙二醇丁醚72％，正丁醇8％，二乙二醇丁醚13％；精馏要求：除二乙二醇丁醚外，其余组分均从塔顶采出，产品要求：乙二醇丁醚纯度≥98％；乙二醇纯度≥98％；正丁醇纯度≥95％；

生产过程：启动装置，系统自动将5000kg的原料抽入塔底加热釜中，并运行自动程序进行精馏生产，控制参数设置见表,程序进程完毕后系统自动停车并复位。

对比实施例3

将5000kg的原料抽入塔底加热釜中，启动加热，设置底温上限为200℃，塔顶温度上升后全回流，待温度恒定后取样检测冷凝液含量，然后按照4:6回流比采出组分至正丁醇罐；每隔30分钟取样检测待组分含量，如发现夹带增大则增大回流比，塔顶温度上升至171℃时，将冷凝液采出至乙二醇丁醚罐；不断取样监测，如发现夹带增大则增大回流比，塔顶温度上升至197℃时，将冷凝液采出至乙二醇罐；组分切换过程中的所有组分收集至过渡罐中；顶温下降时，预示轻组分已经蒸出完毕，停止加热，从塔底放出二乙二醇丁醚残液。

结果对比

表3本发明的智能控制系统精馏结果

表4 DCS正常精馏结果

从表3和表4可以看出，本申请的精馏系统运行结果在工作时间和能量上大幅节约，冷凝液组成纯度更优，收率更高，中间混合组分更少；利用传统方法蒸馏不能得到满足要求的乙二醇。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多组分间歇精馏智能控制系统，其特征在于，包括原料加热釜、精馏塔、冷凝器、回流比分配器、接收罐和DCS控制器，其中：

所述精馏塔的底部通过循环管路与所述原料加热釜相连通，所述精馏塔的顶部出气口与所述冷凝器的进气口相连通，所述冷凝器的出液口上连接有回流比分配器，所述回流比分配器的出液口通过回流管路与所述精馏塔的顶部相连通、所述回流比分配器的出液口通过相应支路与多个接收罐相连通；

所述DCS控制器与所述原料加热釜内的加热组件、设置在所述精馏塔顶部的温度传感器和分别设置于所述循环管路、支路和回流管路上的电控阀通讯连接。

2.如权利要求1所述的多组分间歇精馏智能控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据混合物的组成组分数将所述原料加热釜的加热温度划分为多个温度设定阶段，每一温度设定阶段的温度与对应组分沸点相近；

步骤2，密切监测所述精馏塔的塔顶温度，并根据塔顶温度波动值来确定组分夹带变化或组分变换，定义夹带温度限值T_min和组分突跃温度限值T_max，具体的：

当塔顶温度波动在T_min以下时，精馏塔的塔顶组分全采出，

当塔顶温度波动在T_min以上且T_max以下时，启动回流比分配器，

当塔顶温度波动在T_max以上时，调整所述原料加热釜的加热温度进入下一个温度设定阶段；

步骤3，从低到高，按照每一温度设定阶段依次运行步骤2，系统根据所述精馏塔的塔顶温度将产物冷凝液采出到指定的接收罐中；

步骤4，所有温度设定阶段执行完毕，停车。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1中，每一温度设定阶段的温度为对应组分沸点的整数值±1℃。

4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，T_min为0.2-0.8℃，优选为0.2-0.5℃；T_max为1.0-2.0℃，优选为1.5℃。

5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，监测所述精馏塔的塔顶温度时，设置塔顶温度监测时间间隔t1来监测周期内组分变化，设置监测时间长度t2来监测系统周期状态变化。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，t1为10-30s，所述t2为180-210s。