[发明专利]醋酸脱水共沸精馏系统水相回流的专家控制方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程与控制工程交叉领域，涉及一种醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流的控制方法。

背景技术

醋酸在工业上有广泛的用途，它可以作为氧化反应的溶剂，也可作为有机合成工业的重要原料。在醋酸使用过程中，常常需要将醋酸进行提纯、精制，这就涉及到醋酸与水溶液的分离。而在醋酸分离过程中，会产生含醋酸的废水，虽然废水中醋酸含量较低，但工业生产中产生的醋酸废水总量很大，每年被排放掉的醋酸量很高，这不仅是资源的浪费，还给环境造成了巨大危害。因此，工业上对废水的排放有严格的要求。例如在对二甲苯氧化生产过程中，作为溶剂的醋酸使用后要对其进行提纯，将氧化反应生成的水以及配制催化剂时加入的水从中脱去，工艺指标要求经脱水后塔顶馏出物含醋酸小于1％。醋酸和水的分离可采用普通精馏法或共沸精馏法。水和醋酸由于相对挥发度接近于1，采用普通精馏需要较多的塔板数和较大的回流比，能耗较大。而且，塔顶排放水中醋酸含量也较高，环保处理费用高，醋酸损失大。目前一般采用非均相共沸精馏的方法，常用的共沸剂有醋酸正丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯等。非均相共沸精馏由于具有低能耗、所需塔板数较少、分离效率高等特点，广泛应用于醋酸脱水工业。一般共沸精馏塔的控制采用共沸精馏塔上部温度突变的界面温度来控制塔顶分相器中酯相回流，进而保证塔顶的醋酸含量控制在环保要求之下。除了酯回流外，共沸精馏塔还有部分水以回流的方式返回到塔顶。一般情况下，水相回流量是生产操作人员根据经验及温度界面位置进行调整，人为因素较大。当进料状况发生变化，如进料醋酸浓度增加，精馏系统控制稳定后，虽然塔釜出料组成能控制平稳，但塔顶馏出物中醋酸往往会超出环保要求，这时需要对回流作相应的调节。当进料中水含量较高时，水相回流应该降低或关闭，但实际操作过程中，操作工往往不予调整，这样进入塔内的水过量，需要成比例的共沸剂过量加入塔内，使之与水形成共沸物而从塔顶排出，这造成了能耗的大量浪费。

为此，本发明针对醋酸脱水共沸精馏塔建立水相回流优化模型，根据模型的输出，进行专家控制实时调整水相回流，使共沸精馏塔在较优的条件下操作。

发明内容

本发明提供了一种醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流的控制方法，使水相回流控制成为自动控制。该非均相共沸精馏系统的共沸剂可以是醋酸正丁酯、醋酸正丙酯、醋酸异丁酯或醋酸乙酯。该方法首先分析进料的组成状况，通过专家控制器计算并控制系统的水相回流量；进料组成变化时，系统能够及时调整水回流量，实现对塔顶出料醋酸含量的控制，保证塔顶出料达到环保要求。本发明的方法主要由以下步骤构成：

1、进料组成情况分析

进料状况分析可以分以下几种情况：

(1)当共沸精馏塔只有一股进料时，如果进料有电导率仪，可以直接通过电导率计算出进料中醋酸含量；

(2)当精馏塔只有一股进料，没有电导率仪时，可以通过进料流量，塔釜采出醋酸的流量以及塔釜控制的醋酸含量计算出进料中的醋酸含量。即：实时测量精馏塔的进料流量和塔釜出料流量，将采集的流量数据进行滤波处理后按式(1)对进料组成进行计算：

X=FB×XBF---(1)]]>

其中，X为进料中醋酸组成分率，X_B为塔釜醋酸组成分率，F为进料流量，F_B为塔釜出料流量。

(3)如果精馏塔采用多流股进料时，可采集塔顶采出水的流量、塔釜采出醋酸的流量和塔釜控制的醋酸含量计算出进料中的醋酸含量。即：实时测量精馏塔的进料流量和塔釜出料流量，将采集的流量数据进行滤波处理后按下式对进料组成进行计算：