分析精馏系统优化操作问题

刘陕陕 王建国 张艳

摘 要：现阶段，随着国家对于经济可持续发展的高度重视和对生态环境保护力度的不断加大，对于化工领域提出了更高地要求，精细化工逐渐成为新时期下，化工领域发展的方向，而精馏系统正是精细化工应用当中较为普遍的分离系统。本文通过介绍精馏系统的工作原理，介绍精馏系统的设备与工艺，以DMC算法在丁醇异构物塔中的应用为例，以此分析精馏系统优化操作问题，希望为精细化工发展提供参考。

关键词：精馏系统;优化操作;DMC算法;异构物塔

对精馏系统实现优化操作，在很大程度上能够帮助化工企业提高资源的利用率，减少污染物的产生与排放，提高化工产品的环保水平，进一步推动化工领域的绿色发展，逐步淘汰老旧设备，推动产业升级。为此，针对精馏系统优化操作问题问题，国家及化工行业都极为关注和重视。

1 精馏系统的工作原理

精馏系统的工作原理是利用不同物质的不同挥发度，在精馏塔内进行气体与液体的两相逆流接触，以此实现相际传热传质。在这一过程中，液体当中的易挥发成分进入气组，而气体当中的难挥发成分进入液组，形成塔顶与塔底的两个纯度分极，即塔顶为纯度极高的易挥发成分，塔底为纯度极高的难挥发成分。在精馏系统运行的过程中，需要料液的帮助，一般情况下进料口位于塔的中上部，以进料口为界，上部精馏段中上升蒸汽使易挥发成分进一步变浓，而下部提馏段则是在下降液体中提取易挥发成分，基本上是利用了精馏塔各层塔盘的温度，将精馏物质进行不同组分的分离。

现阶段，精馏系统的化工工艺以PID控制为主要操作方式，操作控制过程中各参数很容易受到外界影响而发生变化，从而引起产品质量的变化。而对于精馏系统操作的优化，就是想要解决这一问题的存在，提高生产效率，提高产品质量。

2 精馏系统优化操作

结合现阶段精馏系统的使用情况，下文将以动态矩阵控制（DMC算法）在丁醇异构物塔的应用为例，就某一工序进行精馏系统优化操作问题的分析，控制对象为异构物塔精馏系统，被控制变量为塔顶产品侧采异丁醇浓度、下部塔底采出正丁醇浓度和塔压，控制变量为塔顶回流量、再沸器热剂量和塔底采出量。之所以把塔压作为被控制变量，是因为塔压会被看作是调节物料平衡的重要变量，受到塔底温度的影响，间接影响到加热剂流量。

底部采出正丁醇浓度是异构物塔的被控变量之一，实现能量平衡控制分离主要是依靠灵敏板温度，通过控制异丁醇采出量来控制，其中塔底再沸器出口温度是通过调节加热剂蒸汽流量以完成。而另一个被控变量塔釜液位的控制方式，是直接控制塔釜正丁醇采出的流量，塔釜液位水平將塔的压力保持在正常范围内，尽可能减小塔的压力波动。

上述底部采出正丁醇浓度和塔釜液位水平都是被控变量，而异构物塔的操作变量是指回流流量、加热剂蒸汽流量和液位水平，副控变量包括泠凝水量、温度、进料组分等，各变量彼此影响，彼此作用，为此要确保精馏塔操作稳定，以降低波动对产品合格性的影响。

DMC算法是精馏系统预测控制中有优化有约束的算法系统，通过预测模拟、动态优化、校正反馈三部分结合以实现对精馏系统操作的优化。

在整个DMC算法中，精馏系统作为被控系统，获取响应值需要对系统的操纵变量施加阶跃信号，并将预测的非参数模型看作是约束条件，紧接着根据优化性能标准进行控制增量的动态优化运算，再以加权的形式对被控制对象的预测输出值和系统设定值的输出误差完成修正，以此确保精馏系统产品指标不断向系统设定值靠拢，并始终保持稳定状态。

精馏系统作为多变量控制系统，被控变量与操作变量之间存在较强的耦合性，关联性复杂，当调整某个操作变量时，会引起其他被控变量产生变化。DMC算法对于精馏系统的最大优化就是很好地控制了被控变量之间因调整产生的变化，有效控制了传统的PID调节弊端，解决了时间延迟问题，避免了时间的浪费。这是由于DMC算法中的输出误差有针对性的针对预测输出值与实际输出值之间的差距，使产品质量得到保证，使输出值及时反馈，并可以依靠动态优化以解决问题。但是DMC算法也存在一定的问题，就是DMC算法具有不确定性，这是由于DMC算法的预测模型是非参数模型，受外界影响较大，与之相比，PID控制则要稳定的多，为此，异构物塔的控制是以PID控制为基础，辅以DMC算法，以此使精馏系统操作达成优化，提升稳定性和工作效率。

3 结语

伴随着经济社会的高速发展，如何获得经济效益和环境效益双协调，双丰收，成为国家和各行各业关注的重点。对于经济社会重要支柱的化工产业来说，这一问题显得更加急迫，为此对与化工工艺的改革升级调整从未停止，这其中对于精馏系统的优化操作问题一直以来都是重要环节。随着DMC算法等先进算法工艺的应用，精馏系统优化操作问题将得到更好地解决，精细化工将成为化工产业发展的方向，成为最为活跃的化工领域，工艺水平将大幅提高，产品质量将大幅提升，生产方式将变得更加节能环保，符合国家可持续发展战略规划。

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