[发明专利]非均相共沸精馏醋酸脱水塔的控制方法

说明书

本发明涉及一种非均相共沸精馏醋酸脱水塔的控制方法，应用平衡级概念建立多组分分离过程的模型，在此基础上对该醋酸脱水非均相共沸精馏过程进行动态数学建模；通过Aspen Plus软件建立PTA生产过程中的醋酸脱水系统的动态机理模型，要求该模型能够很好地描述精馏塔的实时参数；通过对塔板的灵敏度分析，进料的扰动对精馏塔的影响，设计合适的精馏塔的控制方式，使得在进料出现扰动的情况下，脱水系统的产品的质量分数能够达到设计要求；通过Aspen Dynamics的动态模拟仿真，利用稳态时的灵敏度分析，设置关键的控制器，分析比较不同的控制方式的性能，得出更优的控制方式。为塔内的操作优化提供更为准确的借鉴意见。

技术领域

本发明涉及一种精馏过程控制技术，特别涉及一种工业精对苯二甲酸(PTA) 装置非均相共沸精馏醋酸脱水塔的控制方法。

背景技术

精馏过程研究已开始在计算机技术的基础之上愈来愈强烈的与多种不同的学科相交叉结合，精馏新技术的出现与过程建模技术、优化控制技术、计算科学技术等学科领域的发展息息相关。在精馏过程节能的理论研究以及技术开发和应用方面，我国与国外存在着较明显的差距，尤其在工业实际应用方面。国内各地大量已有的精馏过程生产装置，工艺技术大多都来自国外专利引进，原本工艺技术就可能不是最优的，加上后期生产中产品需求的改变、负荷的变动、个别流程的更改等因素，导致产品分离效果不理想以及大量不必要的能源浪费。用动态模型来描述更加贴近实际情况，而对于正在生产运行中的装置乃至全厂，其设备和工艺不能轻易停工改造，最经济有效的方法便只有在现有的装置状况下通过动态优化技术来实现过程的节能降耗，提高效益。

当前对精馏过程实施操作优化大多都是基于稳态数学模型的研究和分析，想进一步改造和挖掘精馏塔的潜能，需要结合计算机过程模拟、控制策略的设计以及动态优化等技术，根据精馏过程的工艺机理，在所需产品质量和现有设备条件等约束下，对精馏过程的条件进行动态研究，建立动态优化模型，进行动态优化分析，求解并给出关键操作参数的实时动态最优值，为操作人员提供技术指导和理论建议。

在非均相共沸精馏醋酸脱水过程的研究主要集中与动态模拟相结合的控制方面，主要以中国台湾的Chien、Huang、Lee，以及里海大学的Luyben研究得比较深入。主要是针对精馏塔灵敏板温度的控制、回流比的控制、以及进料杂质PX 影响的控制策略研究。Bozenhardt和Rovaglio在共沸精馏系统中分别采用了平均温度控制和前馈控制回路，但都采用在线成分分析仪，并要求系统要有很精确的数学模型。并且大多是对3元或4元体系的动态模拟与控制，并且采用的共沸剂大多为NBA(醋酸正丁酯)或IBA(醋酸异丁酯)。

针对醋酸脱水非均相共沸精馏过程的动态优化，国内外的研究都不多，国内少数特别针对醋酸脱水稳态过程的优化研究，如尚长军、万辉、吴超腾、许周凯、唐守胜等人对有关醋酸脱水过程回流比、水回流、酯回流等参数的最佳值的确定，基本都是基于流程模拟及参数灵敏度分析而提出的操作参数优化建议值，所涉及的流程都相对简单，只针对普通精馏过程或者以NBA为共沸剂只含醋酸-水-NBA三元混合物的醋酸脱水单塔，只有唐守胜考虑了进料MA对分离效果的影响并提出了相应的优化策略。国外Kuroota在2000年开发了一个动态模拟器了解共沸精馏的特征，同年IL Chien提出了一种简单的反馈闭环控制策略；HYLee在2010年提出了一种双温控制策略，U Block提出了新的多组分精馏模型，都对控制策略的设计有很好的借鉴意义。

发明内容