[实用新型]一种高纯精馏的动态矩阵控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及精馏技术领域，特别地，涉及一种高纯精馏的动态矩阵控制系统。

背景技术

精馏过程是实现物质分离和提纯最重要的单元操作之一，也是工业过程应用最为广泛的单元操作之一。随着科技的日新月异，人们对化学产品纯度也提出了越来越高的要求，于是高纯精馏技术越来越得到人们的重视，但在我国这个领域却刚刚起步，和世界先进水平相比还有不小的差距，这在一定程度上制约了我国精细化工技术的发展。

统计数据表明国内农药企业的农药销售总额仅相当于一个中型跨国公司的年度销售额。其中差距的原因不在于产量上，而是在产品的质量上，其中纯度是最重要的质量指标之一。同样的情况也发生在香水工业中，我国是全球最大的香水原材料生产国，占世界原材料总量的近一半，但是，由于我国在高纯精馏控制技术等方面的困难，至今尚无自己的知名香水品牌，成为一个香水原材料的资源销售国，资源上、经济上的损失是不言而喻的。我国“十一五”纲要规划中指出：立足节约资源保护环境推动发展，把促进经济增长方式根本转变作为着力点，促使经济增长由主要依靠增加资源投入带动向主要依靠提高资源利用效率带动转变。高纯精馏技术正迎合了国家对资源利用效率的要求。

高纯精馏过程由于其所表现出来的复杂的动态特性、强烈的非线性、和回路之间的耦合性，传统的如PID等线性控制方案很难得到较好的控制效果，甚至控制失败。这些年来，随着计算机和DCS在石油化工生产过程中应用的逐步普及，为应用先进控制方案改进精馏塔的控制手段奠定了基础。国内外工艺、自控专家对此做了大量的研究工作，提出了许多先进控制理论，也取得了一些令人鼓舞的进展。但是鉴于仪表控制系统硬件的限制和高纯精馏过程非线性随纯度每0.1％甚至每0.01％纯度的提高而显著增强以及系统强耦合等特有的复杂动态特性，导致诸多先进控制方案很难在高纯精馏过程中有效实施，成为精馏生产产品高纯控制中的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高纯精馏的动态矩阵控制系统，有效实现了对高纯精馏过程的平稳操作和对双端组分的高纯控制。和常规的精馏控制系统不同。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高纯精馏的动态矩阵控制系统，它包括：精馏塔、智能检测仪表、DCS系统、上位机和现场总线；所述精馏塔、智能检测仪表、DCS系统和上位机通过现场总线依次相连，实现信息流的上传和下达。

进一步地，所述上位机包括推断控制器、动态矩阵控制器和人机界面。

本发明所涉及的控制系统以精馏过程塔顶产品轻组分纯度XD和塔底产品轻组分纯度Xn为被控变量，以回流比和再沸比为控制变量。

现在随着分析仪表的发展，特别是工业色谱仪的在线应用，已逐渐出现直接按产品纯度来控制的方案。然而，这种方案除了投资大运行成本高以外，目前还主要受到两方面的制约：一是测量过程滞后很大，反应缓慢，二是工业色谱仪长期在线运行的可靠性较差，难以保障控制过程的长周期运行。所以，本发明引入了基于机理推导的组分推断控制，通过对精馏塔顶底温度、压强的实时检测，通过机理函数关系式，来精确推断产品组分，进行高精度长周期实时控制，可有效克服产品组成直接控制的诸多弊端。

所述的产品组分的推断控制的推断算法如下，以塔顶温度和塔顶产品轻组分分率的关系为例：

根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律：

其中P₁为塔顶气相总压，y₁为塔顶轻组分的气相分率，x₁为塔顶轻组分的液相分率。P_b1°为塔顶轻组分的饱和蒸汽压。

根据安托因(Antoine)方程：

T₁＝[b/(a-1gP_b1°)]-c    (2)

其中，a，b，c称为安托因常数。T₁的单位为℃，P_b1°的单位为毫米汞柱。

y₁和x₁之间的函数关系式根据相平衡关系得到：