外部/内部热耦合蒸馏塔的控制与优化方法技术

本发明专利技术公开了一种外部/内部热耦合蒸馏塔的控制与优化方法。对于外部热耦合蒸馏塔，其高压蒸馏塔与低压蒸馏塔保持恒压操作。低压蒸馏塔塔顶产品的质量由该塔的回流量进行控制。低压蒸馏塔塔底产品的质量由从低压蒸馏塔抽出到底部换热器中的流量进行控制。高压蒸馏塔塔底产品的质量由该塔的再沸器热负荷进行控制。高压蒸馏塔塔顶产品的质量由从低压蒸馏塔抽出到顶部换热器中的流量进行控制。对于内部热耦合蒸馏塔，其塔顶产品的质量由从提馏段抽出到顶部换热器中的流量进行控制。其塔底产品的质量由从提馏段抽出到底部换热器中的流量进行控制。本发明专利技术能在保证产品质量的前提下维持外部/内部热耦合蒸馏塔的平稳操作，同时处于最优的稳态操作条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种外部/内部热耦合蒸馏塔的控制与优化策略。属于化工过程的操作与控制、化工过程优化范畴。
技术介绍
热耦合蒸馏塔可以分为外部热耦合蒸馏塔和内部热耦合蒸馏塔。其中，内部热耦合蒸馏塔的研究占据着主导地位。由于内部热耦合蒸馏塔需要昂贵的设备投资，人们逐渐把目光转向了热耦合蒸馏塔的另一种形式——外部热耦合蒸馏塔。虽然热耦合蒸馏塔的研究在理论上早已证明，借助于精馏段与提馏段之间的热耦合作用可以使得外部/内部热耦合蒸馏塔具有非常高的热力学效率，例如外部回流比和外部回热比均可以为零(即打破了最小回流比和最小回热比的限制)，但由于这种热耦合作用难以在蒸馏塔的设计中实现，故至今这种高效的内部热耦合蒸馏塔也没有在化工过程中得到应用。为了解决这一问题，英国在2005提出了一种塔板内部传热式内部热稱合蒸馏塔，但难以提供足够的传热面积。日本在这一问题作过多年的尝试，从1995年至2007年先后开发了同心圆柱式和多同心圆柱捆绑式内部热耦合蒸馏塔。虽然后者在日本丸善石化株式会社内应用获得成功，但因为其结构异常复杂且造价昂贵，很难在实际过程中加以应用和推广。欧盟在2005年开发了一种热交换屏(Heat transfer panel :HTP)式内部热耦合蒸馏塔，并试图在石油化学工业中进行应用，但至今没有确定性的进展。2010年中国提出了一种简化的热耦合结构的设计策略， 即利用安装在蒸馏塔外部的三个换热器来近似传统的热耦合结构。该结构具备了简单、易于实现的特点，同时也具有可控性。
技术实现思路
针对三个换热器结构的外部/内部热耦合蒸馏塔特殊的动态特性，本专利技术提供一种外部/内部热耦合蒸馏塔的控制与优化策略，它利用三个换热器的热负荷作为操作变量。对外部/内部热耦合蒸馏塔的产品浓度进行控制，其它的操作变量用来优化稳态操作。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的对于外部热耦合蒸馏塔，其特征在于高压蒸馏塔的塔顶产品的质量控制必须满足低压蒸馏塔中与和顶部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制，其操作变量为顶部换热器的热负荷；低压蒸馏塔的塔底产品质量控制必须满足低压蒸馏塔中与和顶部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制，其操作变量为底部换热器的热负荷；高压蒸馏塔的塔底产品采用浓度控制，其操作变量是高压蒸馏塔的再沸器的热负荷；低压蒸馏塔的塔顶产品采用浓度控制，其操作变量是低压蒸馏塔的回流比。 高压蒸馏塔的塔顶产品质量未达到指标时，增加从低压蒸馏塔抽出到顶部换热器的液体流量，即增加从高压蒸馏塔提取的热量从而提升高压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标。当高压蒸馏塔的塔顶产品质量超过指标时，减少从低压蒸馏塔抽出到顶部换热器的液体流量，即减少从高压蒸馏塔提取的热量从而降低高压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标。当高压蒸馏塔的塔底产品质量未达到指标时，增加再沸器的热负荷从而提升高压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标。当高压蒸馏塔的塔底产品质量超过指标时，降低再沸器的热负荷从而降低高压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标。当低压蒸馏塔的塔顶产品质量未达到指标时，增加低压蒸馏塔的回流比从而提升低压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标。当低压蒸馏塔的塔顶产品质量超过指标时，减小低压蒸馏塔的回流比从而降低低压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标。当低压蒸馏塔的塔底产品质量未达到指标时，增加从低压蒸馏塔抽出到底部换热器的液体流量，即增加从高压蒸馏塔传递到低压蒸馏塔的热量从而提升低压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标。当低压蒸馏塔的塔底产品质量超过指标时，降低从低压蒸馏塔抽出到底部换热器的液体流量，即减少从高压蒸馏塔传递到低压蒸馏塔的热量从而降低低压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标。通过试差法调整高压蒸馏塔和低压蒸馏塔的进料分流比以及中间换热器的热负荷两个变量可以使外部热耦合蒸馏塔的能耗降低，从而使外部热耦合蒸馏塔达到最佳的稳态操作条件。该方法的具体表述如下首先任意给定高压蒸馏塔和低压蒸馏塔的进料分流比与中间换热器的热负荷。其次增大进料分流比，若此时外部热耦合蒸馏塔的能耗降低，则继续增大进料分流比，直至外部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取外部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的进料分流比作为操作参数；若此时外部热耦合蒸馏塔的能耗增大，则减小进料分流比，直至外部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取外部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的进料分流比作为操作参数。然后增大中间换热器的热负荷，若此时外部热耦合蒸馏塔的能耗降低，则继续增大中间换热器的热负荷，直至外部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取外部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的中间换热器的热负荷作为操作参数；若此时外部热耦合蒸馏塔的能耗增大，则减小中间换热器的热负荷，直至外部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取外部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的中间换热器的热负荷作为操作参数。对于内部热耦合蒸馏塔，其特征在于蒸馏塔的塔顶与塔底产品的质量控制均采用浓度和塔板液位的串级控制，即精馏段的塔顶产品的质量控制必须满足提馏段中与和顶部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制，其操作变量为顶部换热器的热负荷；提馏段的塔底产品质量控制必须满足提馏段中与和底部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制，其操作变量为底部换热器的热负荷。当蒸馏塔的塔顶产品质量未达到指标时，增加从提馏段抽出到顶部换热器的液体流量，即增加从精馏段提取的热量从而提升塔顶产品的质量至要求的指标。当蒸馏塔的塔顶产品质量超过指标时， 减少从提馏段抽出到顶部换热器的液体流量，即减少从精馏段提取的热量从而降低塔顶产品的质量至要求的指标。当蒸馏塔的塔底产品质量未达到指标时，增加从提馏段抽出到底部换热器的液体流量，即增加提供给提馏段的热量从而提升塔底产品的质量至要求的指标。当蒸馏塔的塔底产品质量超过指标时，减少从提馏段抽出到底部换热器的液体流量，即降低提供给提馏段的热量从而降低塔底产品的质量至要求的指标。通过试差法调整进中间换热器的热负荷可以使内部热耦合蒸馏塔的能耗降低，从而使内部热耦合蒸馏塔达到最佳的稳态操作条件。该方法的具体表述如下首先任意给定中间换热器的热负荷。然后增大中间换热器的热负荷，若此时内部热耦合蒸馏塔的能耗降低，则继续增大中间换热器的热负荷，直至内部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取内部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的中间换热器的热负荷作为操作参数；若此时内部热耦合蒸馏塔的能耗增大，则减小中间换热器的热负荷，直至内部热耦合蒸馏塔的能耗开始增大，选取内部热耦合蒸馏塔的能耗最小时相应的中间换热器的热负荷作为操作参数。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下的有益效果。(1)利用本专利技术，对于外部热耦合蒸馏塔，调整换热器的热负荷相当于改变高压蒸馏塔的回流量与低压蒸馏塔的回热量；对于内部热耦合蒸馏塔，调整换热器的热负荷相当于改变精馏段的回流量与提馏段的回热量。这与常规精馏塔的LV控制方式相近似，易于为化学工程师们所理解和接受。(2)利用本专利技术，利用多余的操作变量进行外部/内部热耦合蒸馏塔的稳态操作的优化。确保了外部/内部热耦合蒸馏塔具有稳定的控制性能的同时，具有较好的稳态特性。附图说明图1为本专利技术提供的外部热耦合蒸馏塔的控制结构；图中1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种外部热耦合蒸馏塔的控制方法，所述的外部热耦合蒸馏塔包括高压蒸馏塔、低压蒸馏塔，高压蒸馏塔、低压蒸馏塔之间有上中下三个换热器，分别称为顶部换热器、中间换热器和底部换热器；并且在低压蒸馏塔中有和顶部换热器相应位置的筛板，在低压蒸馏塔中还有和底部换热器相应位置的筛板；高压蒸馏塔连接有再沸器；低压蒸馏塔连接有冷凝器和回流罐；其特征在于：高压蒸馏塔的塔顶产品的质量控制必须满足低压蒸馏塔中与和顶部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制；低压蒸馏塔的塔底产品质量控制必须满足低压蒸馏塔中与和顶部换热器相应位置的筛板的液位不为零为前提，采用浓度控制；高压蒸馏塔的塔底产品与低压蒸馏塔的塔顶产品采用浓度控制；高压蒸馏塔的塔顶产品质量未达到指标时，增加从低压蒸馏塔抽出到顶部换热器的液体流量，即增加从高压蒸馏塔提取的热量从而提升高压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标；当高压蒸馏塔的塔顶产品质量超过指标时，减少从低压蒸馏塔抽出到顶部换热器的液体流量，即减少从高压蒸馏塔提取的热量从而降低高压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标；当高压蒸馏塔的塔底产品质量未达到指标时，增加再沸器的热负荷从而提升高压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标；当高压蒸馏塔的塔底产品质量超过指标时，降低再沸器的热负荷从而降低高压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标；当低压蒸馏塔的塔顶产品质量未达到指标时，增加低压蒸馏塔的回流比从而提升低压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标；当低压蒸馏塔的塔顶产品质量超过指标时，减小低压蒸馏塔的回流比从而降低低压蒸馏塔的塔顶产品的质量至要求的指标；当低压蒸馏塔的塔底产品质量未达到指标时，增加从低压蒸馏塔抽出到底部换热器的液体流量，即增加从高压蒸馏塔传递到低压蒸馏塔的热量从而提升低压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标；当低压蒸馏塔的塔底产品质量超过指标时，降低从低压蒸馏塔抽出到底部换热器的液体流量，即减少从高压蒸馏塔传递到低压蒸馏塔的热量从而降低低压蒸馏塔的塔底产品的质量至要求的指标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄克谨，陈海胜，马江鹏，王韶锋，刘功勋，陈子栋，史政源，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11