一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法制造方法及图纸

技术编号:2771283 阅读:205 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法,此方法基于反应动力学模型和加氢反应器模型,应用了基于相位角的粒子群优化算法,对动力学模型进行校正,并在校正后模型的基础上,根据实际工业生产目标,再次应用基于相位角的粒子群优化算法对工艺操作条件进行优化,以达到对化学反应过程进行准确描述的目的。这种优化运行方法提高了模型对化工反应过程描述的精度,为生产工艺的改造、节能降耗等提供基础和依据,且此方法适用于各类粗对苯二甲酸加氢反应过程的优化,有着广泛的适应性。

Optimized operation method of crude terephthalic acid hydrogenation reaction process in industrial equipment

The invention relates to an industrial device of crude terephthalic acid hydrofining reaction process optimization method, this method is based on the reaction kinetics model and hydrogenation reactor model, the application of the phase angle based on particle swarm optimization algorithm, the dynamic model is correct, and the corrected model in the foundation, according to the actual industrial production target, again the application of the phase angle of the particle swarm optimization algorithm to optimize the operating conditions based on the accurate description of the purpose of the chemical reaction process to achieve. The optimal operation method to improve the model to describe the chemical reaction process of the precision for the modification of the production process, such as energy saving and provide the basis of optimization, and the method is applicable to all kinds of crude terephthalic acid hydrogenation process, has a wide adaptability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种过程优化运行方法,尤其是一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过 程优化运行方法。
技术介绍
反应过程模型研究是进行工艺、工程技术开发和优化的基础,而动力学研究又是反应工 程模型研究的基础。动力学研究的任务是通过考察反应过程的化学特性,定量了解反应温度、 反应物浓度、催化剂等条件对反应过程的影响,认识其规律与机理,建立动力学模型,从而 为工业反应器的设计、生产操作条件的优化、及生产工艺的改造等提供依据和手段,因此建 立能准确描述反应过程的动力学模型具有重要意义。精对苯二甲酸(Purified Ter印hthalic Acid,以下简称PTA)是合成聚酯纤维和塑料 的重要原料,主要用来合成聚酯的中间体苯二甲酸乙二醇。不同的PTA生产工艺在对二甲苯 氧化反应工艺中存在较大差别,但在粗对苯二甲酸(Ter印hthalic Acid,以下简称TA)加 氢反应过程中工艺路线基本一致。图1是AM0C0工艺中粗对苯二甲酸加氢精制反应过程主要单元的工艺流程图,TA、氢气 和饱和蒸汽在反应器顶部进入固定床式反应器,流经装填有Pd/C催化剂的床层,TA中所含 杂质对羧基苯甲醛(4-Carboxybenzaldehyde,以下简称为4-CBA)主要在高温、高压下与氢 气发生还原反应,生成对甲基苯甲酸(p-ToluicAcid,以下简称为PT酸),伴随副产物对羟 甲基苯甲酸(4-hydroxymethylbenzoic acid,简称4-誦A)和苯甲酸(Benzoic Acid,以 下简称为BA)。因此加氢精制工艺主要是利用氧化反应的逆反应原理,在高温高压下将TA溶 解于水,在Pd/C催化剂的作用下进行加氢反应,使TA中的4-CBA等有害杂质还原,从而被 水洗掉,使产品达到纤维级标准。研究表明,粗对苯二甲酸加氢精制反应过程极其复杂,存在多种副反应,而且主反应也 并非一歩完成的。由于粗对苯二甲酸加氢精制反应的复杂性,反应体系中有中间产物和副产 物,对所有的组分都加以考虑,无论从分析角度还是模型计算角度都是不可能的,到目前为止还没有适用于粗对苯二甲酸加氢精制反应过程操作条件优化的模型极其优化运行方法。
技术实现思路
本专利技术提供了。此方法基于 反应动力学模型和加氢反应器模型,根据实际工业数据,应用了基于相位角的粒子群优化算 法,对动力学模型进行校正,并在校正后模型的基础上,再次应用基于相位角的粒子群优化 算法,根据实际工业生产目标,对工艺操作条件进行优化,以达到对化学反应过程进行准确 描述和实现工业生产节能降耗的目的。,其特征在于所述方法包括 以下步骤-1. 采集工业反应器实时和历史数据;2. 根据TA进料,得到人工分析值TA浓度,TA中4-CBA、 PT酸的含量和催化剂床层的 高度、单位床层体积装填催化剂的质量;3. 在工业反应器后第5级结晶器处,采集精对苯二甲酸样本,分析确定样本中4-CBA、 4-HMBA、PT酸和BA组分含量,并通过物料平衡计算得到反应器出口处4_CBA、4-HMBA、 PT酸和BA组分含量的釆样值;同时,根据各采样时刻不同的工况数据及已得人工分 析值,通过动力学模型和反应器模型计算出反应器出口处相应的4-CBA、 4-HMBA、 PT 酸和BA组分含量的预测值;4. 利用基于相位角的粒子群智能优化算法,粒子的维数对应需要校正的模型参数的个 数,各维的位置值对应各模型参数的值,各维的相位角对应各模型参数的角度位置, 计算粒子群中每个粒子的适应度,对动力学模型参数进行校正,直至达到校正目标;5. 利用基于相位角的粒子群智能优化算法,粒子的维数对应需要优化的操作条件参数的 个数,各维的位置值对应各操作条件参数值,各维的相位角对应各工艺操作条件参数 的角度位置,计算每个粒子的适应度,对操作条件参数进行优化,直至达到优化目标。所述步骤①中的实时和历史数据为反应温度、TA进料量、氢气进料量、饱和蒸汽进料量。 所述步骤④中的适应度,是指动力学模型根据校正后的参数计算出的预测值和采样值的差的平方和,<formula>formula see original document page 5</formula>和CL分别为4-CBA、 4-HMBA、 PT酸和BA组分含量的预测值,<formula>formula see original document page 5</formula>、C"腦、和C(力为4-CBA、4-HMBA、 PT酸和BA组分含量的采样值,/ = 1,…,, / = 1,…,"Mm ,m^为样本采集数目,/ = l,...,:s, s为粒子群的粒子数量。所述步骤④中的校正目标,是校正循环次数或适应度校正阈值。所述步骤⑤中的适应度,是指模型根据优化后的操作条件参数计算出的预测值和优化目 标值的差的平方和,即巧^(C"c^-C4°_CSJ2, c^为4-CBA组分含量的预测值,C为4-CBA组分含量的优化目标值,!'-l,…,s, s为粒子群的粒子数量。 所述步骤⑤中的优化目标,是优化循环次数或适应度优化阀值。本专利技术提供一种建立工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行的方法,此方法 利用群智能优化算法对动力学模型进行校正,并在校正后模型的基础上,再次基于相位角的 粒子群智能优化算法,对工艺操作条件进行优化,提高了模型对化工反应过程描述的精度, 为生产工艺的改造、节能降耗等提供基础和依据,且此方法适用于各类TA加氢反应过程的优 化,有着广泛的适应性。附图说明图1是AMOCO工艺中粗对苯二甲酸加氢精制反应过程主要单元的工艺流程图。 图2是利用基于相位角粒子群优化算法进行模型优化校正框图。 图3是利用基于相位角粒子群优化算法进行操作条件优化框图。 附图符号说明图1中,From 1JE101表示从换热器网络1JE101过来的TA浆料流股;1FV2201是对应 管路的阀门;1JD201是TA浆料中间料罐;1JR202是加氢反应器;H2表示氢气流股;From 1HD918 表示从1HD918过来的饱和蒸汽流股;1JD301到1JD305表示5级串级结晶器,其中1JD301 产生的闪蒸汽供给1JE101B2, 1JD302产生的闪蒸汽供给1JE101B1, 1JD303产生的闪蒸汽供 给1JE101A3, 1JD304产生的闪蒸汽供给1JE101A2, 1JD305产生的闪蒸汽供给1JE101A1,多 余的蒸汽供给尾气洗涤器1JM301,从1JD305来的TA浆料送入压力离心机1JM401。图2中,f为校正循环次数,/t,为4-CBA到4-HMBA反应的速率常数,*2为4-HMBA到PT酸反应的速率常数,^为4-CBA到BA反应的速率常数,4-CBA到BA反应的速率常数为zt3 , 《,、 "2、 "3、 "4、 ^为对应的反应级数。图3中,/为优化循环次数,r为反应温度,//为氢气流量。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。对于粗对苯二甲酸加氢精制反应过程,通常采用集总反应动力学模型,即只考虑重要的 中间组分和最终反应产物,提出相对简单的反应动力学网络。实验室研究成果表明,在粗对苯二甲酸加氢精制反应过程中,主要存在两个并行的本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种工业装置粗对苯二甲酸加氢精制反应过程优化运行方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:①采集工业反应器实时和历史数据;②根据粗对苯二甲酸进料,得到人工分析值:粗对苯二甲酸浓度,粗对苯二甲酸中对羧基苯甲醛、对甲基苯甲酸的含量和 催化剂床层的高度、单位床层体积装填催化剂的质量;③在工业反应器后第5级结晶器处,采集精对苯二甲酸样本,分析确定样本中对羧基苯甲醛、对羟甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸和苯甲酸组分含量,并通过物料平衡计算得到反应器出口处对羧基苯甲醛、对羟甲基 苯甲酸、对甲基苯甲酸和苯甲酸组分含量的采样值;同时,根据各采样时刻不同的工况数据及已得人工分析值,通过动力学模型和反应器模型计算出反应器出口处相应的对羧基苯甲醛、对羟甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸和和苯甲酸组分含量的预测值;④利用基于相位 角的粒子群智能优化算法,粒子的维数对应需要校正的模型参数的个数,各维的位置值对应各模型参数的值,各维的相位角对应各模型参数的角度位置,计算粒子群中每个粒子的适应度,对动力学模型参数进行校正,直至达到校正目标;⑤利用基于相位角的粒子群 智能优化算法,粒子的维数对应需要优化的操作条件参数的个数,各维的位置值对应各操作条件参数值,各维的相位角对应各工艺操作条件参数的角度位置,计算每个粒子的适应度,对操作条件参数进行优化,直至达到优化目标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:钱锋钟伟民杜文莉周静红罗娜
申请(专利权)人:华东理工大学
类型:发明
国别省市:31[中国|上海]

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