一种节能环保型多效自耦合精馏系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及液相分离技术领域，具体涉及一种节能环保型多效自耦合精馏系统及其控制方法。该系统的效数为N，且每一效均包括第i效精馏塔、第i塔顶回流罐、第i塔顶回流泵、第i塔底再沸器、第i塔底采出泵和第i出料冷却器。第j效精馏塔的塔顶气相出口端还连接至第j

【技术实现步骤摘要】
一种节能环保型多效自耦合精馏系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及液相分离
，具体涉及一种节能环保型多效自耦合精馏系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]多效精馏是利用高压塔顶蒸汽的潜热向低压塔的再沸器提供热量，高压塔顶蒸汽同时被冷凝的热集成精馏系统。根据进料与压力梯度方向的一致性，多效精馏可以分为：
[0003](1)并流结构，即原料分配到各热集成塔进料；
[0004](2)顺流结构，进料方向和压力梯度的方向一致，即从高压塔进料；
[0005](3)逆流结构，进料的方向和压力梯度的方向相反，即从低压塔进料；
[0006](4)混流结构，从高压塔进料，塔顶冷凝液入低压塔。
[0007]也可根据精馏效数分为双效精馏、三效精馏及多效精馏等。
[0008]现有的多效精馏热量耦合控制系统，不能实现自耦合，能耗较高。且使用辅助再沸器或者辅助冷凝器来平衡低压塔塔釜再沸蒸汽和高压塔顶冷凝蒸汽，控制对象多，控制难度高，大大的限制了多效精馏在化工工艺系统中的应用。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种节能环保型多效自耦合精馏系统及其控制方法，能够实现多效自耦合，从而实现节能降耗。
[0010]本专利技术提供的一种节能环保型多效自耦合精馏系统，该系统的效数为N，且每一效均包括第i效精馏塔、第i塔顶回流罐、第i塔顶回流泵、第i塔底再沸器、第i塔底采出泵和第i出料冷却器，i取1～N中的任一自然数；
[0011]第一效精馏塔的塔底液相出口端经第一塔底采出泵连接至第二效精馏塔，第一效精馏塔的第一塔顶气相出口端通过空冷器与第一塔顶回流罐的入口端连接，第一塔顶回流罐的出口端通过第一塔顶回流泵连接至第一效精馏塔的塔顶或经第一出料冷却器后采出，第一效精馏塔的第二塔顶气相出口端通过第一塔底再沸器与第二塔顶回流罐的入口端连接，第二塔顶回流罐的出口端通过第二塔顶回流泵连接至第二效精馏塔的塔顶或经第二出料冷却器后采出；
[0012]第m效精馏塔的塔底液相出口端经第m塔底采出泵连接至第m+1效精馏塔，第m效精馏塔的塔顶气相出口端通过第m塔底再沸器与第m+1塔顶回流罐的入口端连接，第m+1塔顶回流罐的出口端通过第m+1塔顶回流泵连接至第m+1效精馏塔的塔顶或经第m+1出料冷却器后采出，m取2～N
‑
1中的任一自然数；
[0013]第N效精馏塔的塔底液相出口端经第N塔底采出泵连接至第一效精馏塔，第N效精馏塔的塔顶气相出口端通过第N塔底再沸器回流至第N塔底采出泵的输入端；
[0014]第j效精馏塔的塔顶气相出口端还连接至第j
‑
1塔底再沸器的能源输入端，第N塔底再沸器的能源输入端连接外供热源，j取1～N
‑
1中的任一自然数。
[0015]较为优选的，所述第i塔底再沸器采用热虹吸再沸器。
[0016]本专利技术提供的一种节能环保型多效自耦合精馏系统的控制方法，包括
[0017]将原料经进料泵增压后送入第一效精馏塔，通过第一效精馏塔精馏后从第一效精馏塔的塔顶采出分离精度要求的塔顶产品，剩余原料送入第二效精馏塔；
[0018]依次向下送料并进行精馏和采出；
[0019]循环以上操作直至塔釜产品合格；
[0020]其中，第N效精馏塔的剩余原料送入第一效精馏塔。
[0021]较为优选的，每效精馏塔的塔顶通过压力调节阀控制塔顶压力，使每两效精馏塔之间具有温度梯度。
[0022]较为优选的，所述温度梯度指第i效精馏塔的温度高于第i
‑
1效精馏塔的温度，且两者的温度差值大于温度预设值。
[0023]较为优选的，每效精馏塔采出的产品通过以下方法调节控制：
[0024]将塔进料组分、进料温度、流量作为自变量，根据分离精度要求，列偏微分方程对采出量及回流比进行求解；
[0025]根据状态方程进行联立求解，得到最优的采出量及回流比；
[0026]根据最优的采出量及回流比分别对采出调节阀及回流调节阀进行赋值控制。
[0027]较为优选的，所述偏微分方程为：
[0028][0029][0030]其中，为速度矢量，ρ为密度，C
s
为组分s的体积浓度，ρC
s
为组分s的质量浓度，c为质量浓度，D为塔顶采出量，R为回流比，T为温度，p为压力，k为导热系数，S
T
为流体内热源及因黏性作用流体机械能转化为热能部分，S
s
为源项，t为时间，C
p
为比热容。
[0031]8、如权利要求6所述的节能环保型多效自耦合精馏系统，其特征在于，所述状态方程为：
[0032]ρ＝f(p，R，D，T)；
[0033]其中，ρ为密度，D为塔顶采出量，R为回流比，T为温度，p为压力。
[0034]较为优选的，第N效精馏塔底再沸器采用外供热源，外供热源的需求量通过将进料量、分离精度、分离效数作为自变量，根据热平衡方程Q＝f(F，η，n，T)进行联合求解所得，其中，F为流量，η为分离精度，n为分离效数，T为温度。
[0035]较为优选的，每效精馏塔塔底液位通过泵出口流量调节阀控制，保证塔釜持有能够满足再沸器热虹吸所需的传质推动力。
[0036]本专利技术的有益效果为：
[0037]1、本系统由若干个不同的精馏塔组成，根据压力高低的顺序，相邻两塔中高压塔塔顶蒸汽作为低压塔再沸器的热源，实现了多效自耦合。除压力最低的塔外，其余各塔塔顶蒸汽的冷凝潜热均被精馏系统自身回收利用，从而使精馏过程的能耗降低。
[0038]2、本方法简化了整个分离系统的控制方案，在控制上根据进料量、进料温度及分
离要求编制算法，装置运行过程中根据进料量及进料温度自行求解得到蒸汽消耗量，对再沸器蒸汽流量调节阀控制。不使用辅助再沸器或者辅助冷凝器来平衡低压塔塔釜再沸蒸汽和高压塔顶冷凝蒸汽。而是通过算法进行自优化，从而达到在稳态过程中，任何一时间点的热负荷都相等且符号相反。且每个时间点的热负荷都通过高压塔顶的回流温度和低压塔釜的温度梯度、换热面积及传热系数为常数不变的情况下，根据系统的处理量，仅对最后一个高压塔的再沸器热媒进行控制，其余各塔系统根据算法进行自优化。该控制对象少，控制过程更简单，使多效精馏在化工工艺系统中能得到更广泛的应用。
附图说明
[0039]图1为本专利技术的系统连接示意图。
[0040]图中：1
‑
第一效精馏塔，2
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第二效精馏塔，3
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第三效精馏塔，4
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第一塔顶回流罐，5
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第二塔顶回流罐，6
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第三塔顶回流罐，7
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第一塔底再沸器，8
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第二塔底再沸器，9
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第三塔底再沸器，10
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第一塔底采出泵，11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种节能环保型多效自耦合精馏系统，其特征在于：该系统的效数为N，且每一效均包括第i效精馏塔、第i塔顶回流罐、第i塔顶回流泵、第i塔底再沸器、第i塔底采出泵和第i出料冷却器，i取1～N中的任一自然数；第一效精馏塔的塔底液相出口端经第一塔底采出泵连接至第二效精馏塔，第一效精馏塔的第一塔顶气相出口端通过空冷器与第一塔顶回流罐的入口端连接，第一塔顶回流罐的出口端通过第一塔顶回流泵连接至第一效精馏塔的塔顶或经第一出料冷却器后采出，第一效精馏塔的第二塔顶气相出口端通过第一塔底再沸器与第二塔顶回流罐的入口端连接，第二塔顶回流罐的出口端通过第二塔顶回流泵连接至第二效精馏塔的塔顶或经第二出料冷却器后采出；第m效精馏塔的塔底液相出口端经第m塔底采出泵连接至第m+1效精馏塔，第m效精馏塔的塔顶气相出口端通过第m塔底再沸器与第m+1塔顶回流罐的入口端连接，第m+1塔顶回流罐的出口端通过第m+1塔顶回流泵连接至第m+1效精馏塔的塔顶或经第m+1出料冷却器后采出，m取2～N
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1中的任一自然数；第N效精馏塔的塔底液相出口端经第N塔底采出泵连接至第一效精馏塔，第N效精馏塔的塔顶气相出口端通过第N塔底再沸器回流至第N塔底采出泵的输入端；第j效精馏塔的塔顶气相出口端还连接至第j
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1塔底再沸器的能源输入端，第N塔底再沸器的能源输入端连接外供热源，j取1～N
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1中的任一自然数。2.如权利要求1所述的节能环保型多效自耦合精馏系统，其特征在于：所述第i塔底再沸器采用热虹吸再沸器。3.一种如权利要求1或2所述的节能环保型多效自耦合精馏系统的控制方法，其特征在于：包括将原料经进料泵增压后送入第一效精馏塔，通过第一效精馏塔精馏后从第一效精馏塔的塔顶采出分离精度要求的塔顶产品，剩余原料送入第二效精馏塔；依次向下送料并进行精馏和采出；循环以上操作直至塔釜产品合格；其中，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：童彦杰，肖墩峰，张科，李繁荣，刘广智，张洪伟，梁永煌，沈志远，陈东祥，朱阳明，魏涛，吕晋，孔秋生，丁玲，师慧灵，
申请(专利权)人：武汉天元工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：