醋酸脱水共沸精馏系统水相回流的专家控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流的专家控制方法。该方法根据脱水塔进料量、进料中醋酸含量、塔顶控制醋酸含量以及塔釜采出醋酸含量，利用专家系统计算并控制共沸精馏塔所需要的水相回流流量。该方法形成了对水相回流的自动控制，在共沸精馏塔进料组成发生变化时，保证塔顶采出水能够满足环保要求的前提下最大限度的降低系统能耗。本发明专利技术的控制方法可以在集散控制系统中通过程序或计算模块的方法实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学工程与控制工程交叉领域，涉及一种醋酸脱水非均相共沸精馏系 统水相回流的控制方法。
技术介绍
醋酸在工业上有广泛的用途，它可以作为氧化反应的溶剂，也可作为有机合成工 业的重要原料。在醋酸使用过程中，常常需要将醋酸进行提纯、精制，这就涉及到醋酸与水 溶液的分离。而在醋酸分离过程中，会产生含醋酸的废水，虽然废水中醋酸含量较低，但工 业生产中产生的醋酸废水总量很大，每年被排放掉的醋酸量很高，这不仅是资源的浪费，还 给环境造成了巨大危害。因此，工业上对废水的排放有严格的要求。例如在对二甲苯氧化 生产过程中，作为溶剂的醋酸使用后要对其进行提纯，将氧化反应生成的水以及配制催化 剂时加入的水从中脱去，工艺指标要求经脱水后塔顶馏出物含醋酸小于1 %。醋酸和水的分 离可采用普通精馏法或共沸精馏法。水和醋酸由于相对挥发度接近于1，采用普通精馏需要 较多的塔板数和较大的回流比，能耗较大。而且，塔顶排放水中醋酸含量也较高，环保处理 费用高，醋酸损失大。目前一般采用非均相共沸精馏的方法，常用的共沸剂有醋酸正丙酯、 醋酸正丁酯、醋酸异丁酯等。非均相共沸精馏由于具有低能耗、所需塔板数较少、分离效率 高等特点，广泛应用于醋酸脱水工业。一般共沸精馏塔的控制采用共沸精馏塔上部温度突 变的界面温度来控制塔顶分相器中酯相回流，进而保证塔顶的醋酸含量控制在环保要求之 下。除了酯回流外，共沸精馏塔还有部分水以回流的方式返回到塔顶。一般情况下，水相回 流量是生产操作人员根据经验及温度界面位置进行调整，人为因素较大。当进料状况发生 变化，如进料醋酸浓度增加，精馏系统控制稳定后，虽然塔釜出料组成能控制平稳，但塔顶 馏出物中醋酸往往会超出环保要求，这时需要对回流作相应的调节。当进料中水含量较高 时，水相回流应该降低或关闭，但实际操作过程中，操作工往往不予调整，这样进入塔内的 水过量，需要成比例的共沸剂过量加入塔内，使之与水形成共沸物而从塔顶排出，这造成了 能耗的大量浪费。为此，本专利技术针对醋酸脱水共沸精馏塔建立水相回流优化模型，根据模型的输出， 进行专家控制实时调整水相回流，使共沸精馏塔在较优的条件下操作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流的控制方法，使水相回 流控制成为自动控制。该非均相共沸精馏系统的共沸剂可以是醋酸正丁酯、醋酸正丙酯、醋 酸异丁酯或醋酸乙酯。该方法首先分析进料的组成状况，通过专家控制器计算并控制系统 的水相回流量；进料组成变化时，系统能够及时调整水回流量，实现对塔顶出料醋酸含量的 控制，保证塔顶出料达到环保要求。本专利技术的方法主要由以下步骤构成1、进料组成情况分析进料状况分析可以分以下几种情况(1)当共沸精馏塔只有一股进料时，如果进料有电导率仪，可以直接通过电导率计 算出进料中醋酸含量；(2)当精馏塔只有一股进料，没有电导率仪时，可以通过进料流量，塔釜采出醋酸 的流量以及塔釜控制的醋酸含量计算出进料中的醋酸含量。即实时测量精馏塔的进料流 量和塔釜出料流量，将采集的流量数据进行滤波处理后按式(1)对进料组成进行计算X=FbXXb(1)F其中，X为进料中醋酸组成分率，Xb为塔釜醋酸组成分率，F为进料流量，Fb为塔釜 出料流量。(3)如果精馏塔采用多流股进料时，可采集塔顶采出水的流量、塔釜采出醋酸的流 量和塔釜控制的醋酸含量计算出进料中的醋酸含量。即实时测量精馏塔的进料流量和塔 釜出料流量，将采集的流量数据进行滤波处理后按下式对进料组成进行计算 X--f^-⑵其中，X为进料中醋酸组成分率，Xb为塔釜醋酸组成分率，Fb为塔釜出料流量，Fd为 塔顶采出水的流量。进行计算时需对采集的流量数据进行滤波，滤波时间可取为1 10分钟，消除由 系统自身造成的进料和出料流量扰动。2、进料醋酸含量与水回流流量之间关系模型的获取进料醋酸含量与水回流流量之间的关系模型是指在某一标准进料流量(Ftl)下， 为满足塔顶水相出料中醋酸含量和塔釜醋酸含量的要求，进料组成与系统所需的水相回流 量(Fciw)之间的关系模型。建立该模型首先要通过流程模拟软件在保证塔顶采出水中醋 酸含量和塔釜采出醋酸含量要求的前提下，模拟计算出不同进料组成所需的水相回流量数 据，或通过专家分析给出不同进料组成下所需的水相回流流量数据。根据得到的数据建立 进料中醋酸含量(X)与水相回流(F。w)之间的非线性关系模型Fow = EtnX1Viv1Xn-1+...+a0 (3)其中，η = 2 4，为模型的阶数。相应的系数aQ，. . .，an可通过最小二乘的方 法，利用模拟计算的数据回归得到。3、水相回流专家控制在水相回流的专家控制中，将分析得到的进料醋酸组成代入非线性模型(3)，便可 计算出系统在标准进料流量下所需要的水回流量F。w。再根据当前进料流量，按下式可计算 出系统在当前进料流量(F)和组成(X)下所需要的水回流量Fw:Fw=^xFow(4)根据计算得到的水回流量Fw，专家控制器将进一步结合控制规则给出系统需要的 水相回流量，作为水相回流量控制回路流量设定值，指导回流阀门开度的调节，从而实现对 塔顶采出水中醋酸含量的控制。在调节过程中为了减少水回流调整的节奏，采用分步调整 的方式，即当计算的回流量与当前设定值之间相差超过调整步长时，在原设定值的基础上 增加或减少该调整步长。专家控制规则为规则1 如果计算所得的水回流量Fw小于水回流量下限值iCin (如下限为Okg/h或 200kg/h)，那么控制器输出为^FTn ；规则2 如果计算所得的水回流量Fw大于水回流量上限值Fwmax (根据生产情况确 定)，那么控制器输出为Knax，并报警提示系统进料醋酸含量过高；规则3 如果计算所提的水回流量Fw介于厂^与厂^之间，并且计算所得的水相回 流量大于目前的水相回流量设定值F/，相差量大于Fv(如100kg/h)时，那么控制器输出 为 F/ +Fv ο规则4 如果计算所提的水回流量Fw介于厂；^与厂^之间，并且计算所得的水相回 流量小于目前的水相回流量设定值F/，相差量大于Fv(如100kg/h)时，那么控制器输出 为 Fff' -Fv。本专利技术的水相回流控制方法可以在集散控制系统或现场总线控制系统中通过逻 辑计算实现或通过程序控制来实现。该方法具有实施简单、成本低的优点。附图说明图1为醋酸脱水非均相共沸精馏工艺流程图。 具体实施例方式通过以下实施例的说明将有助于理解本专利技术，但并不限制本专利技术的内容。本实施 例采用专家控制的方法，对醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流进行实时控制。该方法 不需要对进出料进行成分检测，只需在线测量进料流量、塔釜出料流量等，通过简单的计算 便可获得进料状况。根据进料状况，专家控制器计算出使系统满足分离要求所需的水相回 流量，设定并控制水相回流的流量。该控制方法能确保塔顶出料醋酸含量符合环保要求。该实例为精对苯二甲酸生产过程中的醋酸脱水共沸精馏塔，共沸剂是醋酸正丁 酯，流程参照附图1。本实施例中，没有电导率仪，只有一股进料，流量为15710kg/h，塔釜 采出醋酸质量分率为0. 925，通过精馏塔汽提段灵敏板温度控制。塔顶出料醋酸含量小于 0. 1%，通过酯相回流量控制塔上部温度界面实现。该系统可以根据式(1)通过塔釜采出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种醋酸脱水非均相共沸精馏系统水相回流专家控制方法，其特征在于，分析进料中醋酸和水的组成情况，进而根据进料量和进料组成对水相回流进行专家控制，实现对塔顶采出水中醋酸含量的控制，使其满足生产和环保要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍军，黄定伟，许周凯，
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]