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精馏塔APC优化控制案例

【项目简介】
本项目以庆华集团己内酰胺生产系统中醇酮干燥工序的精馏塔为例,采用和利时优化控制策略对精馏塔装置实施优化控制,使生产线能够长期“安全、稳定、连续、自动、优化”运行,从而达到改善主要过程参数的控制品质、减少能源和设备损耗、节约生产运行成本、最大限度地发挥装置的生产能力、提高产品质量、为公司创造更多的经济效益。
【工艺简介】
庆华己内酰胺项目采用肟法制备己内酰胺。肟法的原料环己酮由苯酚加氢得环己醇,再脱氢而得;同时将副产品环己烯经过水合反应生成环己醇。环己醇装置中的醇酮干燥工序主要是对粗醇酮进行分离干燥。醇酮干燥工序工艺流程如图1所示。粗醇酮在干燥塔(T-22301)中经过高压蒸汽加热干燥后进入精馏塔(T-22302),醇酮等有机相在精馏塔再沸器的作用下脱除轻组分,成为环己酮、环己醇混合物输出到酮塔中。


图1   精馏塔工艺流程图

【优化控制目标】
精馏塔装置优化控制的目标是:在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益(利润)最大或总成本最小。具体来说就是要达到以下三个目的:
1)   产品质量目标:达到塔顶产品纯度指标要求;
2)   产品产量目标:在保证产品质量目标的前提下,尽可能稳定塔顶产品的产量;
3)   能量消耗目标:在保证产品质量目标和产量目标的前提下,尽可能降低整套精馏塔装置的能耗。
【对象特性及控制难点分析】
精馏塔作为被控对象,要受以下特性制约:
1)物料平衡特性:产品的平均采出量之和等于平均进料量。
2)能量平衡特性:精馏塔的输入输出能量应平衡,使塔内操作压力维持相对恒定。
3)约束条件限制:为保证精馏塔的正常、安全操作,必须使运行参数限制在约束条件之下,如液泛限、漏液限、压力限等。
4)主要干扰因素:精馏塔的运行过程主要受进料状态的影响,包括进料流量、进料温度、进料组分等;另外还受压力及环境温度等因素的影响。
由此可见,精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程,内在机理较复杂,动态响应迟缓、变量之间相互关联,而工艺对控制提出的要求又较高,所以对于这样一个典型的多变量强耦合、大惯性大滞后、非线性、强干扰的复杂难控对象,需要采用先进的优化控制方案才能达到好的控制效果。
【优化控制方案】
精馏塔优化控制方案图2所示,其中:
1)被控量:塔顶温度、塔顶产品纯度、塔底温度、塔底液位;
2)控制量:塔顶采出阀、塔顶回流阀、塔底压力、塔底采出阀、塔底加热阀;
3)扰动量:进料流量、温度、组分。
采用上述被控量、控制量和主要扰动量来建立精馏塔对象的控制模型,构建多输入多输出优化控制回路,实时调整,滚动优化,实现精馏塔系统的优化控制。本方案综合考虑进料量、采出量、回流量、加热量等对温度、压力、液位、纯度等的相互影响,同时兼顾温度、压力、液位、纯度等控制指标,实时预测、优化调整,有效克服进料流量、温度、组分等波动造成的干扰,将精馏塔系统的各项指标控制在要求范围内,达到平稳控制、稳定生产、提高纯度的目的。 
 
图2   精馏塔APC优化控制方案
【优化控制效果】
精馏塔APC优化控制效果如图3所示。塔顶产品纯度稳定提高,塔顶温度变化平稳,塔顶压力、塔底温度、塔底液位保持稳定。


图3   精馏塔APC优化控制效果图

 
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