[发明专利]一种汽液连串反应精馏过程自动控制系统设计方法

摘要

本发明公开一种汽液连串反应精馏集成过程自动控制系统设计方法，包括以下步骤：（1）确定最佳的汽液连串反应精馏塔稳态工艺参数；（2）确定控制系统设计的控制目标；（3）合理选择被控变量和操作变量；（4）确定灵敏板温度的位置；（5）设计反应精馏过程多回路自动控制系统；（6）整定多回路自动控制系统的控制器结构参数。本发明给出的汽液连串反应精馏集成过程自动控制系统设计方法，可有效避免由于反应物料性质和外界扰动易造成塔内反应与分离能力动态失调，引起产品质量下降和能耗增加问题，实现汽液连串反应精馏集成装置闭环系统的长期稳定运行。

主权项

汽液连串反应精馏过程自动控制系统设计方法，其特征在于包括以下步骤：（1）确定最佳的汽液连串反应精馏塔稳态工艺参数：根据具体汽液连串反应精馏过程体系的物系特征初步选择包括精馏段、反应段和提馏段三个区的反应精馏塔基本结构方式，然后通过稳态优化设计确定最佳的稳态工艺结构参数和操作参数；（2）确定控制系统设计的控制目标：根据工艺要求，在稳态设计的结构参数和操作参数基础上合理确定产品质量指标、目标产物选择性指标和生产负荷指标，作为控制系统设计的控制目标；（3）合理选择被控变量和操作变量：选择反应精馏塔的塔顶的压力(P)、冷凝器的液位(LR)、精馏塔液位(LB)以及灵敏板温度(TS1和TS2)作为连串反应精馏塔系统的被控变量；选择塔顶汽相采出流量（FD）、回流量（FR）、塔釜采出流量（FB）、双进料流量比（r）、再沸器加热量（Q）作为过程操作变量；（4）确定灵敏板温度的位置：采用稳态相对增益矩阵和奇异值分解方法合理确定对双进料流量比值和再沸器加热量最敏感的灵敏板温度位置，即在稳态模拟设计基础上，双进料流量比（r）与再沸器加热量（Q）在0.1%~5% 幅度设定值变化情况下，计算所有塔板温度的稳态相对增益矩阵K，利用奇异值分解方法将K矩阵分解为：K=UσVT，其中U值变化最大的两块塔板温度被选为灵敏板温度(TS1和TS2)；（5）设计反应精馏过程多回路自动控制系统：在上述被控变量和操作变量合理配对模式和灵敏板温度位置确定下，设计多回路自动控制系统；塔顶的压力与塔顶汽相采出流量构成塔顶压力控制回路（P/FD）、冷凝器的液位与回流量构成液位控制回路（LR/FR）、精馏塔液位与塔釜采出流量构成液位控制回路（LB/FB）；采用步骤（4）确定的灵敏板温度(TS1)与反应精馏塔双进料流量比构成温度推断控制回路（TS1/r），用来推断控制反应段内目标产物的选择性；采用步骤（4）确定的灵敏板温度(TS2)与再沸器加热量构成温度推断控制回路（TS2/ Q），用来推断控制塔釜产品成分满足质量控制指标；（6）整定多回路自动控制系统的控制器结构参数：采用Tyreus‑Luyben控制器参数整定法整定反应精馏塔所有控制回路的控制器结构参数，其中对两个耦合性较强的温度推断控制回路整定时，两个控制器之间采用控制器参数连续整定方法，即先整定好第一个温度控制器参数并将其投入自动运行状态后，再整定第二个温度控制器参数。