用于控制精馏塔的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于基于温度测量结果控制精馏塔的第一成分的浓度以分离所述第一成分和第二成分的二元混合物的方法，其中在估计温度曲线的辅助下使沿精馏塔的纵向方向布置的温度传感器（T3、T2、T6）所限定的控制路径线性化，其中借助温度传感器确定的真实温度曲线T*（h）由依赖于塔高度h的函数T（h）近似，其中沿着塔高度h将精馏塔划分成两个部分，并且在每个部分中都基于逻辑函数分段地定义函数T（h）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制精馏塔的方法本专利技术涉及一种基于温度测量结果控制精馏塔中的至少一个第一成分的浓度以分离所述第一成分和第二成分的二元混合物的方法。精馏塔是化学工业中最重要的生产单元之一，被用于分离物质的混合物。这种分离是能量密集型的。由于经济和环境这两方面的原因，应当最小化能耗。同时，必须遵守规定，所述规定可能包含了该精馏塔的不同方面。典型的示例是：•顶部产品的产品纯度•底部产品的产品纯度•顶部产品的提取速度•底部产品的提取纯度•给料流的给料速度该规定可源自消费者提出的要求或源自环境规则或者由后生产步骤产生。精馏，例如蒸馏，是热分离过程。在最简单的情况下，分离二元混合物以得到它的纯成分。可仅在一定程度上实施分离。在精馏的情况下，将具有更低的蒸气压的物质称为低沸剂，并且具有更高的蒸气压的物质被称为高沸剂。精馏利用的物理原理是在蒸气相中低沸剂的浓度比液相中的高。与蒸馏相比，这个过程被重复若干次，意味着仅取走并收集在精馏塔的顶部处形成的冷凝物的一部分，同时顶部冷凝物的剩余部分再被送回到精馏塔的顶部中，该部分被称为回流。这能够实现该混合物的成分的更高纯度，即精馏产品。精馏的概念可由理想的分离阶段来解释。在每个分离阶段，如在蒸馏的情况下，建立了相应的相平衡。精馏塔的目的是将物质的混合物分离成纯物质或纯成分。然而，在物质的混合物中总会存在这些成分的一小部分。规定中规定了每种次级成分的浓度可以多高。更低的次级成分的浓度总是与更高的能量花费相关。因此，该控制方法的主要目的是维持所述纯物质中的至少一个或所述成分中的至少一个的期望浓度。也控制精馏塔的下部区域（称为底部）中的液位，高沸剂聚集在该下部区域中；精馏塔的上部区域（称为顶部）中的液位，即用于低沸剂的冷凝物容器中的液位；以及压力。控制这些液位是为了防止精馏塔溢流或耗干，以及为了维持材料平衡。在控制浓度、压力和液位变量时可以操纵下面的变量：•给料阀•蒸汽阀•冷却剂阀•蒸馏物阀•底部产品阀•回流阀。给受控变量分配被操纵的变量时要做物理/化学方面的考虑。DE3906002A1描述了一种用于精馏塔的与模型相关的分析和控制单元，其中预先定义了多个输入参数，即在存在相对显著的质量转移的区域中的温度、精馏塔中的压力、每单位时间的给料速度、给料的浓度、给料的温度、给料的压力、蒸馏物接收器的填充水平、底部中的填充水平、以及下面四个流动速度中的两个参数的组合：回流速度、蒸馏物速度、加热流速度和底部产品速度，从而减少在采样时刻与结果显示之间的任何时间延迟，其中在预先定义的方程的帮助下在模型中处理所述输入参数，其中进而直接利用所产生的输出参数，例如产品组成和产品速度，来致动控制元件。AchimKienle的文章“Low-orderdynamicmodelsforidealmulticomponentdistillationprocessesusingnonlinearwavepropagationtheory（使用非线性波传播理论的理想多成分蒸馏过程的低阶动态模型）”公开了精馏塔的简化模型，其中该简化模型是基于严格模型，从该严格模型得到了缩减的“波模型”，但是这要求关于所使用的物质和装置性能的广泛信息，例如假设每个托盘处的理想分离阶段、填料性质等。为了测量浓度，可以使用例如质谱仪。然而，对应的仪器非常昂贵，并且因此通常采用温度测量结果来控制浓度。用于控制浓度的相应的温度传感器（通常）不安装在精馏塔的顶部或底部处，因为这些区域中的敏感度太低。相反，可以使用稳态模型确定与浓度相关的敏感度最高的点，如例如在PaulS.Fruehauf,PE,DonaldP.Mahoney：DISTILLATIONCOLUMNCONTROLDESIGNUSINGSTEADYSTATEMODELS:USEFULNESSANDLIMITATIONS（使用稳态模型的蒸馏塔控制设计：有用性和局限）,1993中所描述的。所选择的点是温度偏差在两个方向中大约相同且敏感度足够的点。通过借助蒸汽（底部中的给料）和冷却液体（顶部处的给料）来控制温度从而控制浓度经常是不令人满意的。许多塔具有的温度曲线在相应的质量转移区域处都具有高温度梯度。W.L.Luyben在他的文章“ProfilePositionControlofDistillationColumnswithSharpTemperatureProfiles（对具有急剧的温度曲线的蒸馏塔的曲线位置控制）”中描述了如何在多个温度传感器的帮助下找到温度曲线的位置并且温度曲线的位置被用作过程变量。现在，本专利技术的目的是提供一种进一步改进的用于在具有急剧温度曲线的精馏塔中控制二元混合物的成分的浓度的手段。为了实现这个目的，本专利技术提供了一种具有相应的独立权利要求的特征的方法和系统。从对应的从属权利要求和说明书中能明了本专利技术的构造。本专利技术涉及一种在精馏塔中控制至少一种第一成分的浓度以基于温度测量结果将所述第一成分和第二成分的二元混合物分离的方法。在这个方法中，借助对温度曲线的估计将由沿着精馏塔的纵向方向布置的温度传感器所限定的控制区域线性化，其中通过作为塔高度h的函数的函数T（h）来近似借助温度传感器确定的真实温度发展T*（h），其中精馏塔在塔高度h上被划分成两个部分，并且在每个部分中基于一个逻辑函数分段定义函数T（h）。在对温度发展的近似中，也可以确定或估计质量转移区域的位置。该质量转移区域的位置进而用作受控变量来建立所述质量转移区域的与期望产品浓度相关的期望位置。在产品浓度和质量转移区域之间具有确定的关系，必须单独地确定这种关系同时还要考虑用作所述二元混合物的成分的物质。产品浓度可以被理解为表示第一成分（例如顶部产品）的浓度、第二成分（例如底部产品）的浓度或者这两个成分。借助估计的温度发展，例如可以估计顶部处的温度并且使用这个估计温度为基础来确定低沸剂或顶部产品的浓度。在相应部分中创造性地使用逻辑函数导致在质量转移区域的每个部分和被操纵的变量之间具有线性关系。二元混合物导致两个质量转移区域，即在精馏塔的下部区域中的第一质量转移区域，即在给料以下或者在提馏段中，以及在精馏塔的上部区域中的第二质量转移区域，即高于给料或者在精馏段中。精馏段的被操纵变量是冷却剂速度；提馏段的被操作变量是蒸汽速度。所使用的控制器可以是标准PI/PD控制器。在可能的构造中，在精馏塔中采用本专利技术的方法来分离1,2-二氯苯（ODB）和COCl2（光气）。本专利技术的优点首先是与从现有技术中已知的建模方法相比具有小得多的建模复杂性，因为仅需要相对较少的物理数据（沸腾温度）和塔数据（填料类型等），并且其次是由此需要更少的计算能力。从现有技术中已知的严格过程模型很容易就包含几百个微分方程，而本文提出的简化过程模型要比严格过程模型低一个到两个数量级，这取决于测量点或安装的温度传感器的数量。这使得能够在生产系统中使用而无需使用专门的硬件。严格模型代表具有精确科学方法的技术机理。它们是建立在物理、化学或化工关系的基础上。例如，严格模型重建并模拟精馏塔或在精馏塔中进行的过程，因为在设备中或在精馏塔中的全部已知过程和反应都通过特征线、微分方程和平衡方程在物理方面和运动方面被一点一点地模拟。然而，严格模型实施起来成本非常高——对大多数操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度测量结果控制精馏塔中的至少一个第一成分的浓度以分离所述第一成分与第二成分的二元混合物的方法，其中由沿着所述精馏塔的纵向方向布置的温度传感器（T3、T2、T6）限定的控制区域在温度曲线的估计值的辅助下被线性化，其中借助所述温度传感器确定的真实温度发展T*（h）由函数T（h）近似，函数T（h）是塔高度h的函数，其中，所述精馏塔在塔高度h上被划分成两个部分，并且在每个部分中基于一个逻辑函数分段定义函数T（h）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.04 EP 16182881.91.一种基于温度测量结果控制精馏塔中的至少一个第一成分的浓度以分离所述第一成分与第二成分的二元混合物的方法，其中由沿着所述精馏塔的纵向方向布置的温度传感器（T3、T2、T6）限定的控制区域在温度曲线的估计值的辅助下被线性化，其中借助所述温度传感器确定的真实温度发展T*（h）由函数T（h）近似，函数T（h）是塔高度h的函数，其中，所述精馏塔在塔高度h上被划分成两个部分，并且在每个部分中基于一个逻辑函数分段定义函数T（h）。2.如权利要求1所述的方法，其中基于下述形式的逻辑函数形成相应的逻辑函数：。3.如权利要求1或2所述的方法，其中函数T（h）被定义如下：其中，hfeed表示h给料，Tab（h）和Tv（h）每一个都是基于一个逻辑函数定义的，h给料定义了溶液被给送到精馏塔的塔高度，其中所述溶液的40%（按体积）到60%（按体积）是所述第一成分并且对应的剩余部分是所述第二成分。4.如权利要求3所述的方法，其中：其中T已经被正规化到对应的第一和第二成分的沸腾温度T_1和T_2，其中0%=T_1而100%=T_2，并且h被正规化到绝对塔高度H，并且在精馏段v内对于hT（h）=Tv（h），在塔高度h的提馏段ab内对于hT（h）=Tab（h），其中，并且其中T0,v和T0,ab是温度的相应的支持向量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M施魏格特，A屈佩尔，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE