[发明专利]空分塔非平衡级节能控制系统及方法

摘要

一种空分塔非平衡级节能控制系统，包括与空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，上位机包括信号采集模块，节能控制模块，过程：设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；假定各塔板液相主体组成、汽液相流量、塔板温度；计算液相传质通量、汽相主体组成、汽液相主体的焓值、汽液相有效传质系数、液相界面组成、平衡温度和汽相界面组成；如满足判断条件则继续，否则更新各塔板参数；如纯度和产量不满足当前生产工况要求则结束迭代，输出结果，否则将空气进料流量增加一个迭代步长。以及提出了一种空分塔非平衡级节能控制方法。本发明在当前生产工况条件下使得空分塔单位能耗最小，并提高节能性。

主权项

一种空分塔非平衡级节能控制系统，包括与空分塔连接的现场智能仪表、以及控制站、数据库和上位机，智能仪表与控制站、数据库、上位机连接，其特征在于：所述的上位机包括：信号采集模块，用以采集当前生产工况数据；节能控制模块，用以节能控制，采用以下过程来完成：1)设定塔的结构参数和操作参数，指定进料空气流量初值；2)假定各塔板液相主体组成、汽液相流量、塔板温度；3)对每一个塔板，分别计算液相传质通量： L j - 1 x i , j - 1 + F j L z i , j L - ( L j + S j L ) x i , j + N i , j L = 0 - - - ( 1 ) 其中，L表示液相流量，F表示进料流量，S表示侧提流量，x表示液相组成，z表示进料组成，N表示传质通量，上标L表示液相，下标i＝1、2、3表示组分，依次对应氮、氩、氧，下标j-1、j分别表示第j-1和第j块塔板；4)对每一个塔板，分别计算汽相主体组成 V j + 1 y i , j + 1 + F j G z i , j G - ( V j + S j G ) y i , j - N i , j L = 0 - - - ( 2 ) 其中V表示汽相流量，y表示汽相组成，上标G表示汽相；5)对每一个塔板，分别计算其汽液相主体的焓值；6)对每一个塔板，分别计算汽液相有效传质系数；7)对每一个塔板，分别计算液相界面组成： N i L = k eff , i L a ( x i I - x i ) + x i N t , i = 1,2 - - - ( 3 ) Σ i = 1 3 x i I = 1 - - - ( 4 ) 其中，keff，iL表示第i个组分液相有效传质系数，a表示传质面积，xiI表示第i个组分的液相界面组成，Nt表示总传质通量；8)对每一个塔板，分别由泡点法计算其平衡温度和汽相界面组成；9)判断下式(5)是否满足，如果满足则继续10)，如果不满足则更新各塔板液相主体组成、汽液相流量、塔板温度，返回3)继续迭代： V j + 1 H j + 1 G + L j - 1 H j - 1 L + F j G H j FG + F j L H j FL - ( V j + S j G ) H j G - ( L j + S j L ) H j L - Q j < ϵ - - - ( 5 ) Σ i = 1 3 x i , j - 1 < ϵ - - - ( 6 ) Σ i = 1 3 y i , j - 1 < ϵ - - - ( 7 ) k eff , i G a ( y i - y i I ) + y i N t - N i , j L < ϵ , i = 1,2 - - - ( 8 ) 其中，HFG、HFL分别表示汽液相进料焓值，HG和HL分别是汽液相焓值，下标j-1、j、j+1分别表示第j-1、j、j+1块板，ε是容差，keff，iG是汽相有效传质系数，Q表示塔板传出的热量；10)判断产品氮气、氧气的纯度和产量是否满足当前生产工况要求，如果不满足则结束迭代，前一步的进料空气流量即为最大空气进料量，输出结果；如果满足则将空气进料流量增加一个迭代步长Δ，返回2)继续迭代。