反应精馏‑膜设备耦合过程的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种反应精馏‑膜设备耦合过程的控制方法，⑴单回路控制：第一反应物进料质量流量控制回路、再沸器液位控制回路；⑵比例回路控制：第二反应物进料质量比例控制回路、反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；⑶温度回路控制：反应精馏塔塔釜液相温度控制回路；反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路；⑷压力回路控制：反应精馏塔塔压控制回路以及膜设备压力差控制回路。

【技术实现步骤摘要】
反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法
本专利技术属于化工过程和自动化控制领域，涉及了一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法。
技术介绍
随着能源日趋紧张和市场竞争的日益激烈，节能降耗在化工行业的运行管理中越来越受到重视。化工分离过程是化工过程中的重要环节同时也是能耗较大的地方约占整个化工流程能耗的70％，若体系中存在共沸物其分离难度及分离能耗又会大幅度增长。反应精馏过程及膜分离过程都是典型的过程强化节能技术受到了业界人士和研究人员的普遍关注。反应精馏过程是将反应和精馏耦合在同一设备中，运用反应及精馏的优势进行互补达到增大反应转化率、选择性，有效利用反应热节约过程能耗，减少后续分离环节节省投资等优势。膜分离是一种新型分离技术，兼有分离、浓缩、纯化和精制过程，具有高效、节能、环保、易于控制等优点。因此，将反应精馏与膜设备耦合形成新的流程具有广阔的研究前景。然而，与传统的反应器加精馏塔过程不同，反应精馏内的反应与精馏耦合过程使得反应精馏内部控制过程更加复杂，改变任何一个操作变量都会对塔内气液平衡、传热和传质过程、反应过程及目标产品的收率和纯度带来连锁反应，同时这一反应还会严重影响后续膜设备的操作。因此，反应精馏-膜设备耦合过程的平稳控制就成为一个难题。
技术实现思路
为解决上述技术难题，本专利技术提供一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法，可以在进料流量发生变化时，通过单回路控制、比例回路控制、温度回路控制及压力回路控制实现全塔的平稳控制、保证产品质量，并确保全塔能耗处于最优范围，从总体上实现了自动控制的目标，具有重要实用价值，应用前景广阔。本专利技术采取的技术方案是：一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法，步骤如下⑴单回路控制：第一反应物进料质量流量控制回路、再沸器液位控制回路；⑵比例回路控制：第二反应物进料质量比例控制回路、反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；⑶温度回路控制：反应精馏塔塔釜液相温度控制回路；反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路；⑷压力回路控制：反应精馏塔塔压控制回路以及膜设备压力差控制回路。所述第⑴种控制回路中，第一反应物进料质量流量控制回路通过感知第一反应物进料质量流量调节进料调节阀；再沸器液位控制回路通过液位传感器所述的液位调节再沸器出料调节阀；所述第⑵种控制回路中，将第⑴中控制回路中的第一反应物的进料流量模型与第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量相结合，利用比例控制器将进料的波动叠加到第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量的控制器上，形成第二反应物进料质量比例控制回路及反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；所述第⑶种控制回路中，利用温度传感器感知反应精馏塔塔釜液相温度，调节再沸器的热源进料流量从而调节再沸器提供热量控制反应精馏塔塔釜温度；利用温度传感器感知反应精馏塔塔顶采出气相温度，调节塔顶部分冷凝器的冷源进料流量，从而调节部分冷凝器提供冷量控制反应精馏塔塔顶采出气相温度；所述第⑷种控制回路中，利用压力传感器检测反应精馏塔塔顶塔压，调节塔顶采出气相流量调节阀；利用压力差传感器，检测膜设备截留侧和负压测的两侧压力差，调节截留侧物料采出流量调节阀；而且，所述第⑷种控制回路中，反应精馏塔塔压控制回路及膜设备压力差控制回路中的反应精馏塔塔顶、膜设备截留侧均需加设泄压回路，当反应精馏塔或膜设备截留侧压力值超过安全操作压力值，警报响起同时泄压阀开启，保证反应精馏-膜设备耦合过程的操作安全。而且，所述方法在实现第一反应物与第二反应物反应生成第一产物与第二产物，第一产物与第二产物形成共沸且可由膜分离的反应精馏-膜分离耦合过程进行反应和分离，在反应物进料流量发生变化时的稳定控制中的应用。本专利技术的优点和积极效果：本专利技术一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法，在反应精馏-膜设备耦合过程中，在物料平衡的基础上，采用单回路控制、比例回路控制、温度回路控制、压力回路控制，克服了进料流量对反应精馏塔及膜设备的影响，在提高产品质量的同时，降低了能耗，保证了反应达到较高转化率，从总体上实现了反应精馏-膜设备耦合过程的自动控制目标。附图说明图1是本专利技术一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法的流程工艺图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。本专利技术一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法，包括以下四种控制回路：⑴单回路控制：反应物A进料质量流量控制回路、再沸器液位控制回路；⑵比例回路控制：反应物B进料质量比例控制回路、反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；⑶温度回路控制：反应精馏塔塔釜液相温度控制回路；反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路；⑷压力回路控制：反应精馏塔塔压控制回路、膜设备压力差控制回路。单回路控制中反应物A进料质量控制回路，通过控制调节阀调节反应物A进料质量流量，控制精度为0.01kg/h。单回路控制中再沸器液位控制回路，通过再沸器液相采出调节阀调节再沸器液位，控制精度为0.001m。比例回路控制中反应物B进料质量比例控制回路，根据反应物A的进料质量流量，通过控制调节阀调节反应物B进料质量流量，控制精度为0.01kg/h。比例回路控制中反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路，根据反应物A的进料质量流量，通过控制调节阀调节反应精馏塔顶回流质量流量，控制精度为0.01kg/h。温度回路控制中反应精馏塔塔釜液相温度控制回路，通过控制调节阀调节再沸器的热媒的进料质量流量控制反应精馏塔塔釜液相温度，控制精度为0.01K。温度回路控制中反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路，通过控制调节阀调节部分冷凝器的冷媒的进料质量流量控制应精馏塔塔顶采出气相温度，控制精度为0.01K。压力回路控制中反应精馏塔塔压控制回路，通过控制调节阀调节塔顶采出蒸汽流量控制反应精馏塔塔压，控制精度为0.001kPa。压力回路控制中膜设备压力差控制回路，通过控制调节阀调节膜设备截留侧采出蒸汽流量控制膜设备压力差，控制精度为0.001kPa。本专利技术中各控制回路的建立通过机理分析，在物料平衡及能量平衡的基础上进行系统的确定，比值回路的比例系数(S)及压差回路的差值系数(ΔP)根据参数整定来确定。本专利技术所述第⑴步中控制回路可为PI或PID控制回路，所述第⑵、⑶、⑷步种控制回路均为PID控制回路。如图1所示的四种PI或PID控制回路控制反应精馏-膜设备耦合过程，用于乙醇和乙酸生成乙酸乙酯和水，且乙酸乙酯与水形成最低共沸物从塔顶采出，后进入膜设备脱水获得高纯度乙酸乙酯过程，进料中乙醇增加及较少10％波动为例，考查此控制过程的抗干扰能力。控制结果可知，利用本专利技术的控制方案，当乙醇进料增加或减少10％时，产品乙酸乙酯及塔釜水的纯度及流量均与进料变化前保持一致，从而实现高纯度目标产物的制备及提纯。所述第⑴、⑵、⑶、⑷的具体调节方式如表所示。本领域技术人员应当理解，运用本专利技术所属的控制方法可以实现乙醇与乙酸反应生成乙酸乙酯体系的进料流量发生波动时的平稳控制；同时也适用于反应精馏-膜设备耦合制备其他高纯度产品的稳定控制。本专利技术提供的反应精馏-膜设备耦合过程控制方法，具有极其显著地经济效益和广阔的应用前景。相关领域的人员完全可以根据本专利技术提供的方法进行适当改动或变更，应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应精馏‑膜设备耦合过程的控制方法，其特征在于：步骤如下⑴单回路控制：第一反应物进料质量流量控制回路、再沸器液位控制回路；⑵比例回路控制：第二反应物进料质量比例控制回路、反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；⑶温度回路控制：反应精馏塔塔釜液相温度控制回路；反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路；⑷压力回路控制：反应精馏塔塔压控制回路以及膜设备压力差控制回路；所述第⑴种控制回路中，第一反应物进料质量流量控制回路通过感知第一反应物进料质量流量调节进料调节阀；再沸器液位控制回路通过液位传感器所述的液位调节再沸器出料调节阀；所述第⑵种控制回路中，将第⑴中控制回路中的第一反应物的进料流量模型与第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量相结合，利用比例控制器将进料的波动叠加到第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量的控制器上，形成第二反应物进料质量比例控制回路及反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；所述第⑶种控制回路中，利用温度传感器感知反应精馏塔塔釜液相温度，调节再沸器的热源进料流量从而调节再沸器提供热量控制反应精馏塔塔釜温度；利用温度传感器感知反应精馏塔塔顶采出气相温度，调节塔顶部分冷凝器的冷源进料流量，从而调节部分冷凝器提供冷量控制反应精馏塔塔顶采出气相温度；所述第⑷种控制回路中，利用压力传感器检测反应精馏塔塔顶塔压，调节塔顶采出气相流量调节阀；利用压力差传感器，检测膜设备截留侧和负压测的两侧压力差，调节截留侧物料采出流量调节阀。...

【技术特征摘要】
1.一种反应精馏-膜设备耦合过程的控制方法，其特征在于：步骤如下⑴单回路控制：第一反应物进料质量流量控制回路、再沸器液位控制回路；⑵比例回路控制：第二反应物进料质量比例控制回路、反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；⑶温度回路控制：反应精馏塔塔釜液相温度控制回路；反应精馏塔塔顶采出气相温度控制回路；⑷压力回路控制：反应精馏塔塔压控制回路以及膜设备压力差控制回路；所述第⑴种控制回路中，第一反应物进料质量流量控制回路通过感知第一反应物进料质量流量调节进料调节阀；再沸器液位控制回路通过液位传感器所述的液位调节再沸器出料调节阀；所述第⑵种控制回路中，将第⑴中控制回路中的第一反应物的进料流量模型与第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量相结合，利用比例控制器将进料的波动叠加到第二反应物的进料流量或反应精馏塔塔顶回流质量流量的控制器上，形成第二反应物进料质量比例控制回路及反应精馏塔顶回流质量流量比例控制回路；所述第⑶种控制回路中，利用温度传感器感知反应精馏塔塔釜液相温度，调节再沸器的热源进料流量从而调节再...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鑫，李洪，孟莹，李鑫钢，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12