隔离壁精馏塔的双温差控制

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精馏作为在化工和石油行业中应用最广泛的分离技术,其耗能非常巨大。近年来随着能源危机导致价格的持续上涨以及人们对环境污染问题的日益关注使得精馏过程节能技术的研究具有了极其重大的现实意义。从近年来的众多精馏节能方法来看,热耦合技术具有能耗小、成本低以及热力学效率高等优点。对于多元组分的分离,分隔壁精馏(DWDC)技术不仅是一种节能、经济的新工艺,并且是完全热耦合精馏塔的一种特殊类型,在热力学上等效于完全热耦合精馏塔。对于三元混合物的分离,DWDC要比常规两塔精馏塔序列少一个精馏塔,一个中间冷凝器和一个中间再沸器,因此不仅能节省设备投资达30%以上,而且能够利用物质与能量间的耦合节能达30%-70%。但是由于DWDC比常规精馏塔耦合性和相关性以及可操作性等方面更加复杂,使得DWDC的操作与控制一直是制约其大规模工业化应用的重要原因。为了实现DWDC的可控性,使得DWDC能够广泛的应用于实际生产中。本文提出了一种新型控制策略—双温差控制(DTDC)方案,该方案包括四个双温差控制回路,其中两个双温差控制回路位于主塔精馏段,提馏段旨在保证塔顶、塔底产品质量,另外两个双温差控制回路分别位于预分离塔段,其中参考板温度测量点分别分布在进料位置的上下两侧保证进料混合物在预分离塔能够初步分离,且防止重组分进入主塔精馏段和轻组分进入主塔提馏段影响侧线产品质量,和主塔侧线采出段,两个参考板温度测量点分布在侧线出料位置的上下两侧来防止重组分及轻组分进入侧线出料影响侧线产品质量,同时保证侧线产品的质量。应用Aspen Dynamic模拟软件以理想三元混合物A、B和C,实际三元混合物苯、甲苯和邻二甲苯以及实际三元混合物乙醇、丙醇和丁醇的分离为例建立动态模型,对DTDC控制策略进行了可控性分析,并与传统的温度控制(TC)和温差控制(TDC)方案进行闭环动态响应下的比较。考察了在DTDC和TDC控制方案下面对典型扰动DWDC的动态行为。闭环仿真结果证明了DTDC方案具备可行性与强鲁棒性,具体表现为不仅能够在节能的条件下克服进料组分较大干扰保证DWDC稳定运行,而且能够保证产品的质量要求。为了进一步验证DTDC的控制性能,分别从产品纯度相对稳态偏差(RE)与控制策略性能指标绝对值误差积分(IAE)两方面对DTDC与TDC进行了比较,结果表明无论是任何进料组分的干扰,DTDC方案在保证产品纯度和克服干扰方面都要优于TC和TDC方案。尽管与TDC方案相比而言DTDC方案有较高的投资费用而且工程力度要大,但是DTDC方案大大提高系统的控制效果,不仅具有通用性,且完全可以替代昂贵的在线仪器分析。
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