[发明专利]一种板式精馏塔性能系数在线分析方法

说明书

本发明公开了一种板式精馏塔性能系数在线分析方法：步骤1、设采样周期为T、性能系数计算的递推周期为nT；步骤2、初始化数组Q[n]和数值P；步骤3、按照采样周期T对板式精馏塔相关运行参数进行采集；步骤4、根据建立的板式精馏塔性能系数稳态计算模型，计算当前时刻板式精馏塔的吸热量Q'和性能系数η'，更新数组Q[n]；步骤5、读取数组Q[n]中的数据，计算当前时刻往前(n‑1)个计算周期内板式精馏塔的吸热量总和ξ_n‑1占当前时刻及当前时刻往前(n‑1)个计算周期内板式精馏塔的吸热量总和ξ_n的百分比L'；步骤6、根据建立的板式精馏塔性能系数动态计算模型，计算当前时刻板式精馏塔的加权递推平均性能系数η_ave，更新数值P的值为η_ave。

技术领域

本发明涉及一种板式精馏塔性能系数在线分析方法。

背景技术

精馏是化工生产和石油生产过程中最为成熟、应用最为广泛的分离技术，被用于95％左右的液体分离过程中，其能耗高达全世界能耗的3％以上，随着设备服役年限的增加，其运行性能系数往往达不到设计值，而且由于现场计量仪表和监控系统的缺失，经济性试验耗费大量的人力物力，因此长期以来板式精馏塔的运行经济性一直缺乏有效评价。

精馏塔是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使汽液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发的组分(轻组分)不断从液相往气相转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离。在精馏传热的过程中，气相放热将高沸点组分冷凝成液体，液相吸热将低沸点组分挥发成气相，从而使液相中高沸点组分浓度增加，气相中低沸点组分浓度增加，最终得到想要的产品。精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离，关键在于回流的应用。回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸汽两者返回塔中。汽液回流形成了逆流接触的汽液两相，从而在塔的两端分别得到相对纯净的单组分产品。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比，称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制参数，它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗。

能源管理系统针对现代化工企业能源管理的需要，通过现场总线把精馏塔控制系统中的温度、浓度、压力、流量等能耗数据采集到上位管理系统，将全塔的水、蒸汽、精馏产品的用量由计算机集中处理，实现动态显示、报表生成和打印等一系列功能。化工企业能源管理系统采集的实时数据实现了精馏塔设备性能的在线分析，既可以实时评价其经济性，也可以评价运行参数的偏差及其对经济性造成的影响，进而实现运行优化的操作指导，同时根据这些数据实现系统的优化控制，选择最优的回流比，最大限度地提高精馏塔能源的利用率。

精馏塔传统性能系数计算方法要求设备处于稳态或者准稳态工况，而实际生产运行时，由于随机因素引起的板式精馏塔运行参数波动以及系统延时的影响，利用上述模型进行在线分析，达不到实时性能分析的要求，计算结果会产生较大偏差。

计算精馏塔性能系数关键在于计算理论塔板层数，以板式精馏塔为例，根据传统的芬斯克方程，其计算方程式如下：

板式精馏塔的性能系数定义为：

上述公式中，N_T表示理论塔板层数；N_P表示实际塔板层数；x_D表示塔顶易挥发组分的摩尔分数；x_W表示塔底易挥发组分的摩尔分数；α_m表示相对挥发度；η表示性能系数。