專(zhuān)利名稱(chēng)：外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制與優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制與優(yōu)化策略。屬于化工過(guò)程的操作與控制、化工過(guò)程優(yōu)化范疇。
背景技術(shù)：
熱耦合蒸餾塔可以分為外部熱耦合蒸餾塔和內(nèi)部熱耦合蒸餾塔。其中，內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的研究占據(jù)著主導(dǎo)地位。由于內(nèi)部熱耦合蒸餾塔需要昂貴的設(shè)備投資，人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向了熱耦合蒸餾塔的另一種形式——外部熱耦合蒸餾塔。雖然熱耦合蒸餾塔的研究在理論上早已證明，借助于精餾段與提餾段之間的熱耦合作用可以使得外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔具有非常高的熱力學(xué)效率，例如外部回流比和外部回?zé)岜染梢詾榱?即打破了最小回流比和最小回?zé)岜鹊南拗?，但由于這種熱耦合作用難以在蒸餾塔的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，故至今這種高效的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔也沒(méi)有在化工過(guò)程中得到應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，英國(guó)在2005提出了一種塔板內(nèi)部傳熱式內(nèi)部熱稱(chēng)合蒸餾塔，但難以提供足夠的傳熱面積。日本在這一問(wèn)題作過(guò)多年的嘗試，從1995年至2007年先后開(kāi)發(fā)了同心圓柱式和多同心圓柱捆綁式內(nèi)部熱耦合蒸餾塔。雖然后者在日本丸善石化株式會(huì)社內(nèi)應(yīng)用獲得成功，但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)異常復(fù)雜且造價(jià)昂貴，很難在實(shí)際過(guò)程中加以應(yīng)用和推廣。歐盟在2005年開(kāi)發(fā)了一種熱交換屏(Heat transfer panel :HTP)式內(nèi)部熱耦合蒸餾塔，并試圖在石油化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用，但至今沒(méi)有確定性的進(jìn)展。2010年中國(guó)提出了一種簡(jiǎn)化的熱耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略， 即利用安裝在蒸餾塔外部的三個(gè)換熱器來(lái)近似傳統(tǒng)的熱耦合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具備了簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，同時(shí)也具有可控性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)三個(gè)換熱器結(jié)構(gòu)的外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔特殊的動(dòng)態(tài)特性，本發(fā)明提供一種外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制與優(yōu)化策略，它利用三個(gè)換熱器的熱負(fù)荷作為操作變量。對(duì)外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的產(chǎn)品濃度進(jìn)行控制，其它的操作變量用來(lái)優(yōu)化穩(wěn)態(tài)操作。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的對(duì)于外部熱耦合蒸餾塔，其特征在于高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量控制必須滿足低壓蒸餾塔中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制，其操作變量為頂部換熱器的熱負(fù)荷；低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量控制必須滿足低壓蒸餾塔中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制，其操作變量為底部換熱器的熱負(fù)荷；高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品采用濃度控制，其操作變量是高壓蒸餾塔的再沸器的熱負(fù)荷；低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品采用濃度控制，其操作變量是低壓蒸餾塔的回流比。 高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從低壓蒸餾塔抽出到頂部換熱器的液體流量，即增加從高壓蒸餾塔提取的熱量從而提升高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減少?gòu)牡蛪赫麴s塔抽出到頂部換熱器的液體流量，即減少?gòu)母邏赫麴s塔提取的熱量從而降低高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加再沸器的熱負(fù)荷從而提升高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，降低再沸器的熱負(fù)荷從而降低高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加低壓蒸餾塔的回流比從而提升低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減小低壓蒸餾塔的回流比從而降低低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從低壓蒸餾塔抽出到底部換熱器的液體流量，即增加從高壓蒸餾塔傳遞到低壓蒸餾塔的熱量從而提升低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，降低從低壓蒸餾塔抽出到底部換熱器的液體流量，即減少?gòu)母邏赫麴s塔傳遞到低壓蒸餾塔的熱量從而降低低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。通過(guò)試差法調(diào)整高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比以及中間換熱器的熱負(fù)荷兩個(gè)變量可以使外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，從而使外部熱耦合蒸餾塔達(dá)到最佳的穩(wěn)態(tài)操作條件。該方法的具體表述如下首先任意給定高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比與中間換熱器的熱負(fù)荷。其次增大進(jìn)料分流比，若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大進(jìn)料分流比，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的進(jìn)料分流比作為操作參數(shù)；若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小進(jìn)料分流比，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的進(jìn)料分流比作為操作參數(shù)。然后增大中間換熱器的熱負(fù)荷，若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大中間換熱器的熱負(fù)荷，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)；若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小中間換熱器的熱負(fù)荷，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)。對(duì)于內(nèi)部熱耦合蒸餾塔，其特征在于蒸餾塔的塔頂與塔底產(chǎn)品的質(zhì)量控制均采用濃度和塔板液位的串級(jí)控制，即精餾段的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量控制必須滿足提餾段中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制，其操作變量為頂部換熱器的熱負(fù)荷；提餾段的塔底產(chǎn)品質(zhì)量控制必須滿足提餾段中與和底部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制，其操作變量為底部換熱器的熱負(fù)荷。當(dāng)蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從提餾段抽出到頂部換熱器的液體流量，即增加從精餾段提取的熱量從而提升塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)， 減少?gòu)奶狃s段抽出到頂部換熱器的液體流量，即減少?gòu)木s段提取的熱量從而降低塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從提餾段抽出到底部換熱器的液體流量，即增加提供給提餾段的熱量從而提升塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。當(dāng)蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減少?gòu)奶狃s段抽出到底部換熱器的液體流量，即降低提供給提餾段的熱量從而降低塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。通過(guò)試差法調(diào)整進(jìn)中間換熱器的熱負(fù)荷可以使內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，從而使內(nèi)部熱耦合蒸餾塔達(dá)到最佳的穩(wěn)態(tài)操作條件。該方法的具體表述如下首先任意給定中間換熱器的熱負(fù)荷。然后增大中間換熱器的熱負(fù)荷，若此時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大中間換熱器的熱負(fù)荷，直至內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)；若此時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小中間換熱器的熱負(fù)荷，直至內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下的有益效果。(1)利用本發(fā)明，對(duì)于外部熱耦合蒸餾塔，調(diào)整換熱器的熱負(fù)荷相當(dāng)于改變高壓蒸餾塔的回流量與低壓蒸餾塔的回?zé)崃?；?duì)于內(nèi)部熱耦合蒸餾塔，調(diào)整換熱器的熱負(fù)荷相當(dāng)于改變精餾段的回流量與提餾段的回?zé)崃?。這與常規(guī)精餾塔的LV控制方式相近似，易于為化學(xué)工程師們所理解和接受。(2)利用本發(fā)明，利用多余的操作變量進(jìn)行外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的穩(wěn)態(tài)操作的優(yōu)化。確保了外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔具有穩(wěn)定的控制性能的同時(shí)，具有較好的穩(wěn)態(tài)特性。


圖1為本發(fā)明提供的外部熱耦合蒸餾塔的控制結(jié)構(gòu)；圖中1為調(diào)節(jié)閥；2為高壓蒸餾塔；3為再沸器；4為節(jié)流閥；5為換熱器；6為冷凝器；7為回流罐；8為篩板；9為低壓蒸餾塔；a為流量控制器，其作用是控制低壓蒸餾塔的進(jìn)料流量；b為比例控制器，其作用是控制高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比；c為壓力控制器，其作用是控制高壓蒸餾塔的壓力；d是流量控制器，其作用是控制高壓蒸餾塔的進(jìn)料流量；e為液位控制器，其作用是控制高壓蒸餾塔的塔釜的液位；f為濃度控制器，g為液位控制器，f、g組成串級(jí)控制，其作用是在保證低壓蒸餾塔的相應(yīng)篩板上的液位不為零的前提下，控制高壓蒸餾塔的塔頂出料的濃度；h為液位控制器，i為濃度控制器，h、i組成串級(jí)控制，其作用是在保證低壓蒸餾塔的相應(yīng)篩板上的液位不為零的前提下，控制低壓蒸餾塔的塔底出料的濃度；j為壓力控制器，其作用是控制低壓蒸餾塔的壓力；k為液位控制器，其作用是保證回流罐中存在一定的液位；1為濃度控制器，其作用是控制低壓蒸餾塔的塔頂出料的濃度；m為濃度控制器，其作用是控制高壓蒸餾塔的塔底出料的濃度。圖2為本發(fā)明提供的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制結(jié)構(gòu)；圖中10為內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的精餾段；11為壓縮機(jī)；12為節(jié)流閥；13為內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的提餾段；14為預(yù)處理器；η為壓力控制器，其作用是控制精餾段的壓力；0為濃度控制器，P為液位控制器，ο、P組成串級(jí)控制，其作用是在保證提餾段的相應(yīng)篩板上的液位不為零的前提下，控制蒸餾塔塔頂出料的濃度；q為液位控制器，r為濃度控制器，q、r組成串級(jí)控制，其作用是在保證提餾段的相應(yīng)篩板上的液位不為零的前提下，控制蒸餾塔塔底出料的濃度；s為流量控制器，其作用是控制進(jìn)料位置的流量。圖3a為進(jìn)料組分變化士4%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的高壓蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖北為進(jìn)料組分變化士4%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的高壓蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖3c為進(jìn)料組分變化士4%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的低壓蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖3d為進(jìn)料組分變化士4%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的低壓蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖如為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的高壓蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖4b為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的高壓蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖如為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的低壓蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖4d為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的低壓蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖fe為外部熱耦合蒸餾塔的再沸器熱負(fù)荷隨進(jìn)料分流比的變化曲線；圖恥為外部熱耦合蒸餾塔的再沸器熱負(fù)荷隨中間換熱器熱負(fù)荷的變化曲線；圖6a為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖6b為進(jìn)料流量變化士 10%時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖7a為進(jìn)料組分變化士2%時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的塔頂濃度響應(yīng)曲線；圖7b為進(jìn)料組分變化士2%時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的塔底濃度響應(yīng)曲線；圖8為內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的再沸器熱負(fù)荷隨中間換熱器熱負(fù)荷的變化曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)中心思想是提供一種三換熱器結(jié)構(gòu)的外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制與優(yōu)化策略。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白，以下結(jié)合兩個(gè)具體實(shí)施例子， 并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。例1 利用本發(fā)明的控制與優(yōu)化策略對(duì)分離苯/甲苯二元混合物的外部熱耦合蒸餾塔進(jìn)行控制與優(yōu)化。外部熱耦合蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是高壓蒸餾塔的塔板數(shù)是36塊板，進(jìn)料位置是第23塊板；低壓蒸餾塔的塔板數(shù)是四塊板，進(jìn)料位置是第17塊塔板。整個(gè)外部熱耦合蒸餾塔的進(jìn)料是流量為500kmol/h、摩爾濃度為50/50的純液相的苯/甲苯混合物，高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比是0. 68645，即高壓蒸餾塔的進(jìn)料為500X0. 68644 = 343. 22kmol/h,低壓蒸餾塔的進(jìn)料為500-343. 22 = 156. 78kmol/h。高壓蒸餾塔的塔頂出料是流量為171.61kmol/h、濃度為99. 5mol %的苯，高壓蒸餾塔的塔底出料是流量為 171. 61kmol/h、濃度為99. 5m0l%的甲苯。高壓蒸餾塔的壓力為428. 72kPa。低壓蒸餾塔的塔頂出料是流量為78. 39kmol/h、濃度為99. 5mol %的苯，低壓蒸餾塔的塔底出料是流量為 78. 39kmol/h、濃度為99. 5mol%的甲苯。低壓蒸餾塔的壓力為101. 3kPa。苯和甲苯的相對(duì)揮發(fā)度為2. 4，三個(gè)換熱器的傳熱面積均為40m2，傳熱系數(shù)是600W/(m2XK)?？刂破鬟B接的位置a連接在低壓蒸餾塔的進(jìn)料管道上，b連接在a與d之間，c連接在高壓蒸餾塔的塔頂與高壓蒸餾塔的塔頂出料管道之間，d連接在高壓蒸餾塔的進(jìn)料管道上，e連接在高壓蒸餾塔的塔底出料管道與高壓蒸餾塔的塔釜之間，f連接在高壓蒸餾塔塔頂出料管道與g之間，g連接在低壓蒸餾塔第17塊塔板與從第17塊塔板處抽出液體的管道之間，h連接在低壓蒸餾塔第四塊塔板與從第四塊塔板處抽出液體的管道之間，i連接在低壓蒸餾塔的塔底出料管道與h之間，j連接在低壓蒸餾塔的塔頂與低壓蒸餾塔的冷凝器之間，k連接在回流罐與低壓蒸餾塔的塔頂出料管道之間，1連接在低壓蒸餾塔的回流管道與低壓蒸餾塔的塔頂出料管道之間，m連接在高壓蒸餾塔的再沸器與高壓蒸餾塔的塔底出料管道之間。圖3-5為利用本發(fā)明的控制與優(yōu)化策略對(duì)分離苯/甲苯二元混合物的外部熱耦合蒸餾塔進(jìn)行控制與優(yōu)化的效果圖。由圖5可以看出，當(dāng)進(jìn)料分流比s為0. 625，中間換熱器的熱負(fù)荷為649kW時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗最低。例2 利用本發(fā)明的控制與優(yōu)化策略對(duì)分離苯/甲苯二元混合物的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔進(jìn)行控制與優(yōu)化。內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是精餾段的塔板數(shù)是15塊板，提餾段的塔板數(shù)是 15塊板，進(jìn)料位置是第16塊塔板。進(jìn)料是流量為500kmol/h、摩爾濃度為50/50的純液相的苯/甲苯混合物，進(jìn)料預(yù)熱器的熱負(fù)荷是2083. 17kW。精餾段的塔頂出料是流量為250kmol/ h、濃度為99. 5m0l%的苯，提餾段的塔底出料是流量為250kmol/h、濃度為99. 5m0l%的甲苯。精餾段的壓力為303. 9kPa。提餾段的壓力為101. 3kPa。苯和甲苯的相對(duì)揮發(fā)度為2. 4， 三個(gè)換熱器的傳熱面積均為163. 735m2，傳熱系數(shù)是600W/(m2XK)?？刂破鬟B接的位置n連接在精餾段的塔頂出料管道與精餾段的塔頂之間，ο連接在精餾段塔頂出料管道與P之間，P連接在提餾段第1塊塔板(即蒸餾塔的第塊塔板)與從第1塊塔板處抽出液體的管道之間，q連接在提餾段第塊塔板(即蒸餾塔的第塊塔板)與從第塊塔板處抽出液體的管道之間，r連接在提餾段的塔底出料管道與q之間，s連接在進(jìn)料管道上。圖6-8為利用本發(fā)明的控制與優(yōu)化策略對(duì)分離苯/甲苯二元混合物的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔進(jìn)行控制與優(yōu)化的效果圖。由圖8可以看出，當(dāng)中間換熱器的熱負(fù)荷為2059. 89kW時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能
耗最低。通過(guò)以上所述的兩個(gè)具體實(shí)施例子，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果作了進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例子而已，它們并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種外部熱耦合蒸餾塔的控制方法，所述的外部熱耦合蒸餾塔包括高壓蒸餾塔、低壓蒸餾塔，高壓蒸餾塔、低壓蒸餾塔之間有上中下三個(gè)換熱器，分別稱(chēng)為頂部換熱器、中間換熱器和底部換熱器；并且在低壓蒸餾塔中有和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板，在低壓蒸餾塔中還有和底部換熱器相應(yīng)位置的篩板；高壓蒸餾塔連接有再沸器；低壓蒸餾塔連接有冷凝器和回流罐；其特征在于高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量控制必須滿足低壓蒸餾塔中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制；低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量控制必須滿足低壓蒸餾塔中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提， 采用濃度控制；高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品與低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品采用濃度控制；高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從低壓蒸餾塔抽出到頂部換熱器的液體流量，即增加從高壓蒸餾塔提取的熱量從而提升高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減少?gòu)牡蛪赫麴s塔抽出到頂部換熱器的液體流量，即減少?gòu)母邏赫麴s塔提取的熱量從而降低高壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加再沸器的熱負(fù)荷從而提升高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，降低再沸器的熱負(fù)荷從而降低高壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加低壓蒸餾塔的回流比從而提升低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減小低壓蒸餾塔的回流比從而降低低壓蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從低壓蒸餾塔抽出到底部換熱器的液體流量，即增加從高壓蒸餾塔傳遞到低壓蒸餾塔的熱量從而提升低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)?shù)蛪赫麴s塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，降低從低壓蒸餾塔抽出到底部換熱器的液體流量，即減少?gòu)母邏赫麴s塔傳遞到低壓蒸餾塔的熱量從而降低低壓蒸餾塔的塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部熱耦合蒸餾塔的控制方法，其特征在于通過(guò)試差法調(diào)整高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比以及中間換熱器的熱負(fù)荷兩個(gè)變量可以使外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，從而使外部熱耦合蒸餾塔達(dá)到最佳的穩(wěn)態(tài)操作條件；首先任意給定高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔的進(jìn)料分流比與中間換熱器的熱負(fù)荷；其次增大進(jìn)料分流比， 若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大進(jìn)料分流比，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的進(jìn)料分流比作為操作參數(shù)；若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小進(jìn)料分流比，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的進(jìn)料分流比作為操作參數(shù)；然后增大中間換熱器的熱負(fù)荷，若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大中間換熱器的熱負(fù)荷，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)；若此時(shí)外部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小中間換熱器的熱負(fù)荷，直至外部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取外部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)。
3.一種內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制方法，所述的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔包括精餾段、提餾段， 精餾段、提餾段之間有上中下三個(gè)換熱器，分別稱(chēng)為頂部換熱器、中間換熱器和底部換熱器；并且在提餾段中有和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板，在提餾段中還有和底部換熱器相應(yīng)位置的篩板；進(jìn)料位置連接有預(yù)冷器或預(yù)熱器；其特征在于蒸餾塔的塔頂與塔底產(chǎn)品的質(zhì)量控制均采用濃度和塔板液位的串級(jí)控制，即精餾段的塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量控制必須滿足提餾段中與和頂部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提，采用濃度控制；提餾段的塔底產(chǎn)品質(zhì)量控制必須滿足提餾段中與和底部換熱器相應(yīng)位置的篩板的液位不為零為前提， 采用濃度控制；當(dāng)蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從提餾段抽出到頂部換熱器的液體流量，即增加從精餾段提取的熱量從而提升塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)蒸餾塔的塔頂產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減少?gòu)奶狃s段抽出到頂部換熱器的液體流量，即減少?gòu)木s段提取的熱量從而降低塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量未達(dá)到指標(biāo)時(shí)，增加從提餾段抽出到底部換熱器的液體流量，即增加提供給提餾段的熱量從而提升塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)；當(dāng)蒸餾塔的塔底產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)指標(biāo)時(shí)，減少?gòu)奶狃s段抽出到底部換熱器的液體流量，即降低提供給提餾段的熱量從而降低塔底產(chǎn)品的質(zhì)量至要求的指標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制方法，其特征在于通過(guò)試差法調(diào)整進(jìn)中間換熱器的熱負(fù)荷可以使內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，從而使內(nèi)部熱耦合蒸餾塔達(dá)到最佳的穩(wěn)態(tài)操作條件；首先任意給定中間換熱器的熱負(fù)荷；然后增大中間換熱器的熱負(fù)荷，若此時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗降低，則繼續(xù)增大中間換熱器的熱負(fù)荷，直至內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)；若此時(shí)內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗增大，則減小中間換熱器的熱負(fù)荷，直至內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗開(kāi)始增大，選取內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的能耗最小時(shí)相應(yīng)的中間換熱器的熱負(fù)荷作為操作參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的控制與優(yōu)化方法。對(duì)于外部熱耦合蒸餾塔，其高壓蒸餾塔與低壓蒸餾塔保持恒壓操作。低壓蒸餾塔塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量由該塔的回流量進(jìn)行控制。低壓蒸餾塔塔底產(chǎn)品的質(zhì)量由從低壓蒸餾塔抽出到底部換熱器中的流量進(jìn)行控制。高壓蒸餾塔塔底產(chǎn)品的質(zhì)量由該塔的再沸器熱負(fù)荷進(jìn)行控制。高壓蒸餾塔塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量由從低壓蒸餾塔抽出到頂部換熱器中的流量進(jìn)行控制。對(duì)于內(nèi)部熱耦合蒸餾塔，其塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量由從提餾段抽出到頂部換熱器中的流量進(jìn)行控制。其塔底產(chǎn)品的質(zhì)量由從提餾段抽出到底部換熱器中的流量進(jìn)行控制。本發(fā)明能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下維持外部/內(nèi)部熱耦合蒸餾塔的平穩(wěn)操作，同時(shí)處于最優(yōu)的穩(wěn)態(tài)操作條件。
文檔編號(hào)B01D3/42GK102240462SQ20111019064
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉功勛, 史政源, 王韶鋒, 陳子棟, 陳海勝, 馬江鵬, 黃克謹(jǐn) 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)