CN218011152U - 一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置，包括分隔壁精馏塔、冷凝器、再沸器、回流泵、分离罐、压力控制器、回流罐液位控制器、液槽液位控制器和模型预测控制器；所述压力控制器用于调节分隔壁精馏塔的操作压力；所述回流罐液位控制器分别用于调节分隔壁精馏塔塔顶回流罐的液位和塔釜液槽的液位；所述模型预测控制器用于集中控制分隔壁精馏塔的公共精馏段灵敏板温度、公共提馏段灵敏板温度、进料段灵敏板温度和侧线中间组分纯度。

Description

一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置

技术领域

本实用新型涉及化工精馏技术领域，尤其涉及一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置。

背景技术

精馏(Rectification)在石油炼制、化工生产和医药合成等领域有着广泛的应用，是迄今为止技术和应用成熟度最高的分离技术。然而，研究表明精馏同样也是能耗最高的操作单元，约占所有工业分离技术一半的能耗。为了减少精馏过程的设备投资和能耗，特别地，选择分隔壁精馏塔用于混合物的分离过程。

分隔壁精馏塔(Dividing Wall Column,DWC)通过在传统精馏塔内放置一块竖直隔离板，将其分为四个部分：进料段、侧线采出段、公共精馏段以及公共提馏段。相较于传统精馏塔，分隔壁精馏塔减少了一个冷凝器和一个再沸器以及其它辅助设备和管道路线，占地面积也减少了，可节省高达30％的投资成本以及40％的能耗，被认为是一种很有前途的过程强化技术。此外，分隔壁精馏塔能有效的避免内部组分返混来提高热力学效率，减少有效能的损失。

比例积分微分控制(Proportional-Integral-Derivative Control,PID)是最早发展起来的动态控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，目前仍有90％左右的控制回路具有PID结构。PID控制器根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

专利(CN214485705U)公开了一种新型分隔壁精馏塔装置，通过将分隔壁精馏塔与塔顶压缩式热泵进行耦合应用于三组分混合物的分离中，减小设备投资的同时也极大的降低了能耗。但此专利未实现分隔壁精馏塔的动态控制。

专利(CN111989142A)公开了一种使用分隔壁精馏塔产生粗制丙酮和粗制苯酚料流的分流技术，该分隔壁塔旨在从壁的产物侧去除异丙苯、α-甲基苯乙烯和水。该专利给出了分隔壁精馏塔的控制策略，相较于本专利的MPC-PI混合控制，该专利使用的纯粹PID控制性能较差。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的问题，有效的平衡分隔壁精馏塔的控制性能和安全性能，使用成熟的PID控制方案对塔压和液位这些对于塔的安全生产至关重要的被控变量进行控制，而使用MPC控制方案对组成和温度这些与产品指标关联较大的参数进行控制。本实用新型提供了一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置。

本实用新型采用的技术方案为：一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：包括分隔壁精馏塔、冷凝器、再沸器、回流泵、分离罐、压力控制器、回流罐液位控制器、液槽液位控制器和模型预测控制器；

所述压力控制器用于调节分隔壁精馏塔的操作压力；

所述回流罐液位控制器分别用于调节分隔壁精馏塔塔顶回流罐的液位和塔釜液槽的液位；

所述模型预测控制器用于集中控制分隔壁精馏塔的公共精馏段灵敏板温度、公共提馏段灵敏板温度、进料段灵敏板温度和侧线中间组分纯度。

本实用新型中模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是一种基于最优化的多变量控制策略，包含MPC控制器、被控对象模型和状态估计器三个模块。在当前采样时刻，监测到干扰后，MPC控制器结合预测模型、目标函数和约束条件在线实时求解一个有限时间开环优化问题并获得最优输入轨迹。之后，被控对象进行更新并将当前状态观测值传递给状态估计器。在下一个采样时刻，状态估计值作为预测系统未来动态行为的初始条件，更新优化问题并重新进行求解。MPC控制器由预测模型、滚动实时优化和反馈校正三部分组成。这三个步骤在每个采样时刻重复进行即组成了标准的模型预测控制。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔内部设有竖直放置的隔离板，所述隔离板与液体分布器、气体分布器分别将塔内部分为四个区域：所述隔离板左侧为进料段，所述隔离板右侧为侧线采出段，所述隔离板上面为公共精馏段，所述隔离板下面为公共提馏段。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔的进料段设有三组分混合物原料进口，所述侧线采出段设有中间组分出口。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔的塔顶蒸汽出口与冷凝器的进料端连通，所述冷凝器的出料端与分离罐的进料端连通。

作为进一步优选的，所述分离罐上设有两个出口，其中一个出口与回流泵的进料端连通，另一个出口为轻组分出口，所述回流泵出料端与分隔壁精馏塔的顶部连通。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔的塔釜设有两个液相出口，其中一个出口与再沸器的进料端连通，另一个出口为重组分出口。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔塔体材料为不锈钢。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型分隔壁精馏塔采用分隔壁精馏塔分离三组分混合物在满足产品指标的同时有效的减少设备投资、降低过程能耗。

(2)此控制方案可以有效的抵抗进料流量和进料组成扰动，控制结果拥有更小的超调量、过渡时间和振荡程度。

(3)此控制方案有效的保证了生产过程的安全性能。

附图说明

图1是本实用新型分隔壁精馏塔动态控制装置结构示意图。

图中：1-液体分布器，2-隔离板，3-气体分布器；Ⅰ-进料段，Ⅱ-侧线采出段，Ⅲ-公共精馏段，Ⅳ-公共提馏段；T-1：分隔壁精馏塔，C-1：冷凝器，R-1：再沸器，P-1：回流泵，V-1：分离罐；PC：压力控制器，LC1：回流罐液位控制器，LC2：液槽液位控制器，MPC：MPC控制器；RS-T：公共精馏段顶部，FS-T：进料段顶部，FS-B：进料段底部，DS-T：侧线采出段顶部，DS-B：侧线采出段底部，SS-B：公共提馏段底部。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型披露了一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置，参考图1，包括分隔壁精馏塔T-1、冷凝器C-1、再沸器R-1、回流泵P-1、分离罐V-1、压力控制器PC、回流罐液位控制器LC1、液槽液位控制器LC2和模型预测控制器MPC；所述压力控制器PC用于调节分隔壁精馏塔T-1的操作压力；所述回流罐液位控制器LC1分别用于调节分隔壁精馏塔T-1塔顶回流罐的液位和塔釜液槽的液位；所述模型预测控制器MPC用于集中控制分隔壁精馏塔T-1的公共精馏段灵敏板温度、公共提馏段灵敏板温度、进料段灵敏板温度和侧线中间组分纯度。

其中，所述分隔壁精馏塔T-1内部设有竖直放置的隔离板2，所述隔离板2与液体分布器1、气体分布器3分别将塔内部分为四个区域：所述隔离板2左侧为进料段Ⅰ，所述隔离板2右侧为侧线采出段Ⅱ，所述隔离板2上面为公共精馏段Ⅲ，所述隔离板2下面为公共提馏段Ⅳ。

其中，所述分隔壁精馏塔T-1的进料段Ⅰ设有三组分混合物原料进口，所述侧线采出段设有中间组分出口。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔T-1的塔顶蒸汽出口与冷凝器C-1的进料端连通，所述冷凝器C-1的出料端与分离罐V-1的进料端连通。所述分离罐V-1上设有两个出口，其中一个出口与回流泵的进料端连通，另一个出口为轻组分出口，所述回流泵出料端与分隔壁精馏塔T-1的顶部连通。

作为进一步优选的，所述分隔壁精馏塔T-1的塔釜设有两个液相出口，其中一个出口与再沸器R-1的进料端连通，另一个出口为重组分出口。

在本实用新型的优选方式，所述分隔壁精馏塔T-1塔体材料为不锈钢。

参考图1，在本实用新型中，带箭头的实线表示各物流管路，分别为S1：三组分混合物原料进口物流，S2：塔顶蒸汽出口物流，S3：冷凝器出口物流，S4：回流泵进口物流，S5：回流泵出口物流，S6：塔釜液相出口物流，S7：汽相回流物流，S8：轻组分产品物流，S9：中间组分产品物流，S10：重组分产品物流，S11：冷却水进口物流，S12：冷却水出口物流，S13：蒸汽进口物流，S14：蒸汽冷凝水出口物流。带箭头的虚线表示控制器的输入或输出信号。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：包括分隔壁精馏塔、冷凝器、再沸器、回流泵、分离罐、压力控制器、回流罐液位控制器、液槽液位控制器和模型预测控制器；

所述压力控制器用于调节分隔壁精馏塔的操作压力；

所述回流罐液位控制器分别用于调节分隔壁精馏塔塔顶回流罐的液位和塔釜液槽的液位；

所述模型预测控制器用于集中控制分隔壁精馏塔的公共精馏段灵敏板温度、公共提馏段灵敏板温度、进料段灵敏板温度和侧线中间组分纯度。

2.根据权利要求1所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分隔壁精馏塔内部设有竖直放置的隔离板，所述隔离板与液体分布器、气体分布器分别将塔内部分为四个区域：所述隔离板左侧为进料段，所述隔离板右侧为侧线采出段，所述隔离板上面为公共精馏段，所述隔离板下面为公共提馏段。

3.根据权利要求1或2所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分隔壁精馏塔的进料段设有三组分混合物原料进口，所述侧线采出段设有中间组分出口。

4.根据权利要求3所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分隔壁精馏塔的塔顶蒸汽出口与冷凝器的进料端连通，所述冷凝器的出料端与分离罐的进料端连通。

5.根据权利要求4所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分离罐上设有两个出口，其中一个出口与回流泵的进料端连通，另一个出口为轻组分出口，所述回流泵出料端与分隔壁精馏塔的顶部连通。

6.根据权利要求5所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分隔壁精馏塔的塔釜设有两个液相出口，其中一个出口与再沸器的进料端连通，另一个出口为重组分出口。

7.根据权利要求1所述的新型分隔壁精馏塔动态控制装置，其特征在于：所述分隔壁精馏塔塔体材料为不锈钢。

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