CN112445247B - 一种px氧化反应水浓度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种PX氧化反应水浓度控制方法，包括：建立溶剂脱水塔回流量对溶剂脱水塔温差、PX氧化反应水浓度的控制回路数学模型，其中溶剂脱水塔温差控制优先级高于PX氧化反应水浓度；利用控制回路数学模型对溶剂脱水塔温差的定值控制以保证PX氧化反应水浓度趋势平稳，并根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差。通过使用本发明提升了PX氧化反应水浓度控制的鲁棒性，装置运行平稳性与跟踪性均能得到保证，大大降低了现场操作人员劳动强度，避免了诸多误操作，有效保证了装置运行安全。

Description

一种PX氧化反应水浓度控制方法

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种PX氧化反应水浓度控制方法。

背景技术

PX氧化反应会生成副产物——水，而随着水在反应器中的累积会抑制氧化反应的进行。为了保证氧化反应连续稳定的进行，需要将反应器中的水连续不断的排出。而反应器中水的多少会影响到氧化反应平衡，因此产生了反应器水浓度的概念。

新一代的PTA工艺利用PX氧化反应的放热特性设计了氧化反应器与溶剂脱水塔相捆绑的反应-精馏系统。通过溶剂脱水塔回流量的调整实现对氧化反应器水浓度的控制，由于反应-精馏系统物料、能量关系复杂，各变量之间相互耦合关联，且相关操作手段对水浓度的调节响应存在大滞后特性，常规的PID控制策略难以适应该回路的控制需求，目前一般通过人工操作方式实现对水浓度的控制。人工操作方式受限于操作人员水平和精力，容易出现调节不及时或者严重超调等情况，进而造成装置相关工艺参数出现大幅波动，甚至由于对回流量的误操作引起溶剂脱水塔液泛，造成装置降负荷运行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种PX氧化反应水浓度控制方法，以实现对PX氧化反应水浓度的平稳控制。

一种PX氧化反应水浓度控制方法，包括：

建立溶剂脱水塔回流量对溶剂脱水塔温差、PX氧化反应水浓度的控制回路数学模型，其中溶剂脱水塔温差控制优先级高于PX氧化反应水浓度；

利用控制回路数学模型对溶剂脱水塔温差的定值控制以保证PX氧化反应水浓度趋势平稳，并根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差。

优选的，所述控制回路数学模型的输入变量包括操纵变量和干扰变量，输出变量为相应的被控变量；所述操纵变量包括优先级、溶剂脱水塔回流量；所述干扰变量包括反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差；输出变量包括溶剂脱水塔温差、反应器水浓度。

优选的，还包括在建立控制回路数学模型后，确定相应的控制参数。

优选的，所述在建立控制回路数学模型后，确定相应的控制参数包括：

确定溶剂脱水塔回流量的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、最大控制增量、最小控制增量、平滑系数；

确定反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差的工程上限、工程下限、增量上限、增量下限、滤波方法、滑动平均滤波点数；

确定溶剂脱水塔温差、反应器水浓度的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、设定值上限等级、设定值下限等级、闭环参考时间。

优选的，所述根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差包括：

当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差大于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；

当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差小于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

优选的，所述根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差包括：

当PX氧化反应水浓度设定值增大时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；

当PX氧化反应水浓度设定值减小时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

通过使用本发明，可以实现以下效果：

1.提出优先控制溶剂脱水塔温差，而非直接控制水浓度的间接控制策略，从而提升了PX氧化反应水浓度控制的鲁棒性，装置运行平稳性与跟踪性均能得到保证，大大降低了现场操作人员劳动强度，避免了诸多误操作，有效保证了装置运行安全；

2.提出溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差，进一步提升了PX氧化反应水浓度控制的鲁棒性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一种PX氧化反应水浓度控制方法所应用系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一种PX氧化反应水浓度控制方法的示意流程图；

图3是本发明一实施例采用溶剂脱水塔温差移动策略时溶剂脱水塔温差实时趋势与溶剂脱水塔温差设定值的曲线图；

图4是本发明一实施例人工操作时PX氧化反应器水浓度的曲线图；

图5是本发明一实施例采用PX氧化反应水浓度控制方法时PX氧化反应器水浓度的曲线图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明的PX氧化反应-溶剂脱水系统如图1所示，原料PX、空气在醋酸溶剂下通过催化剂在PX氧化反应器1发生氧化反应，氧化反应生成的热量将部分醋酸-水带至溶剂脱水塔2中。在溶剂脱水塔2中将醋酸与水分离，其中醋酸在塔釜富集并返回PX氧化反应器1，水在塔顶富集，一部分经过换热系统3去后续系统，另一部分作为回流经过回流量调节阀4返回溶剂脱水塔2，回流量流量计算模块5对溶剂脱水塔回流量进行计算，溶剂脱水塔温度计算模块6对溶剂脱水塔温差进行计算，反应器水浓度计算模块7对PX氧化反应水浓度进行计算。

通过分析PX氧化反应-溶剂脱水系统工艺特点，可知操纵变量——回流量对溶剂脱水塔的控制作用明显快于对反应器的作用，即回流量调节对溶剂脱水塔温度分布的影响更为快速、直接。因此本发明实施例提出了优先控制溶剂脱水塔温差，而非直接控制水浓度的间接控制策略，从而提升了PX氧化反应水浓度控制的鲁棒性，装置运行平稳性与跟踪性均能得到保证，大大降低了现场操作人员劳动强度，避免了诸多误操作，有效保证了装置运行安全。

通过自由度分析，回流量仅能保证溶剂脱水塔温度达到设定值，而PX氧化反应水浓度仅能保证其稳定性，而很难保证其是否达到设定值。因此提出溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差。

本发明实施例提出一种PX氧化反应水浓度控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1：建立溶剂脱水塔回流量对溶剂脱水塔温差、PX氧化反应水浓度的控制回路数学模型，其中溶剂脱水塔温差控制优先级高于PX氧化反应水浓度。

根据某PX氧化反应工艺流程的特点建立控制回路数学模型，具体如表1所示。控制回路数学模型的输入变量包括操纵变量和干扰变量，输出变量为相应的被控变量；所述操纵变量包括优先级、溶剂脱水塔回流量；所述干扰变量包括反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差；输出变量包括溶剂脱水塔温差、反应器水浓度。优先级表示相应被控变量在先进控制器中的优先级别，级别越高则越优先保证该变量；表格中“+\-”表示作用方向，“+”表示输入变量对输出变量为正作用，“-”则表示反作用。

表1控制回路数学模型结构

在建立控制回路数学模型的基础上，需要确定合理的控制参数，具体如表2～表4所示。

确定溶剂脱水塔回流量的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、最大控制增量、最小控制增量、平滑系数。

表2操纵变量控制参数

确定反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差的工程上限、工程下限、增量上限、增量下限、滤波方法、滑动平均滤波点数。

表3干扰变量控制参数

确定溶剂脱水塔温差、反应器水浓度的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、设定值上限等级、设定值下限等级、闭环参考时间。

表4被控变量控制参数

S2：利用控制回路数学模型对溶剂脱水塔温差的定值控制以保证PX氧化反应水浓度趋势平稳，并根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差。

为了能够准确的消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差，在本实施例中需要在系统稳定之后进行调节，即PX氧化反应水浓度与溶剂脱水塔温差达到稳定。

当系统稳定且当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差大于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差小于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

当系统稳定且当PX氧化反应水浓度设定值增大时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；当PX氧化反应水浓度设定值减小时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

图3为采用溶剂脱水塔温差移动策略时溶剂脱水塔温差实时趋势与溶剂脱水塔温差设定值的曲线图，同时考虑了PX氧化反应水浓度的大滞后特性，该策略中溶剂脱水塔温差设定值调整周期控制在100分钟。

在图3中，曲线1表示溶剂脱水塔温差实时趋势曲线，曲线2表示溶剂脱水塔温差设定值曲线，由此可知，溶剂脱水塔温差设定值的前后调整具有较长的时间间隔；溶剂脱水塔温差实时趋势对设定值的跟踪性良好，从而为PX氧化反应水浓度的稳定控制提供了基础。

为展示本发明方法的先进性和可靠性，图4、图5分别展示了PX氧化反应水浓度在72小时的实时趋势曲线图，同时通过表5展示了前后实时趋势的性能对比参数，以验证本方法的优势。

表5水浓度先进控制回路投运前后性能参数对比

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种PX氧化反应水浓度控制方法，其特征在于，包括：

建立溶剂脱水塔回流量对溶剂脱水塔温差、PX氧化反应水浓度的控制回路数学模型，其中溶剂脱水塔温差控制优先级高于PX氧化反应水浓度；

利用控制回路数学模型对溶剂脱水塔温差的定值控制以保证PX氧化反应水浓度趋势平稳，并根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差；

根据某PX氧化反应工艺流程的特点建立控制回路数学模型，所述控制回路数学模型的输入变量包括操纵变量和干扰变量，输出变量为相应的被控变量；所述操纵变量包括优先级、溶剂脱水塔回流量；所述干扰变量包括反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差；输出变量包括溶剂脱水塔温差、反应器水浓度；优先级表示相应被控变量在先进控制器中的优先级别，级别越高则越优先保证该变量；

所述溶剂脱水塔温差移动策略包括：

当系统稳定且当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差大于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差小于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；

当系统稳定且当PX氧化反应水浓度设定值增大时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；当PX氧化反应水浓度设定值减小时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

2.根据权利要求1所述的一种PX氧化反应水浓度控制方法，其特征在于，还包括在建立控制回路数学模型后，确定相应的控制参数。

3.根据权利要求2所述的一种PX氧化反应水浓度控制方法，其特征在于，所述在建立控制回路数学模型后，确定相应的控制参数包括：

确定溶剂脱水塔回流量的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、最大控制增量、最小控制增量、平滑系数；

确定反应器温度、PX负荷、反应器空气总量、过滤机洗液量、溶剂脱水塔压差的工程上限、工程下限、增量上限、增量下限、滤波方法、滑动平均滤波点数；

确定溶剂脱水塔温差、反应器水浓度的操作上限、操作下限、最大优化增量、最小优化增量、设定值上限等级、设定值下限等级、闭环参考时间。

4.根据权利要求1所述的一种PX氧化反应水浓度控制方法，其特征在于，所述根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差包括：

当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差大于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；

当PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差小于零时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

5.根据权利要求1所述的一种PX氧化反应水浓度控制方法，其特征在于，所述根据溶剂脱水塔温差移动策略调节溶剂脱水塔温差以消除PX氧化反应水浓度实际值与设定值的余差包括：

当PX氧化反应水浓度设定值增大时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定-补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值；

当PX氧化反应水浓度设定值减小时，计算溶剂脱水塔温差设定：补偿值＝余差*系数，温差设定值＝温差设定+补偿值，并调节溶剂脱水塔温差至温差设定值。

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