分析精餾系統優化操作問題

劉陜陜 王建國 張艷

摘 要：現階段，隨著國家對于經濟可持續發展的高度重視和對生態環境保護力度的不斷加大，對于化工領域提出了更高地要求，精細化工逐漸成為新時期下，化工領域發展的方向，而精餾系統正是精細化工應用當中較為普遍的分離系統。本文通過介紹精餾系統的工作原理，介紹精餾系統的設備與工藝，以DMC算法在丁醇異構物塔中的應用為例，以此分析精餾系統優化操作問題，希望為精細化工發展提供參考。

關鍵詞：精餾系統;優化操作;DMC算法;異構物塔

對精餾系統實現優化操作，在很大程度上能夠幫助化工企業提高資源的利用率，減少污染物的產生與排放，提高化工產品的環保水平，進一步推動化工領域的綠色發展，逐步淘汰老舊設備，推動產業升級。為此，針對精餾系統優化操作問題問題，國家及化工行業都極為關注和重視。

1 精餾系統的工作原理

精餾系統的工作原理是利用不同物質的不同揮發度，在精餾塔內進行氣體與液體的兩相逆流接觸，以此實現相際傳熱傳質。在這一過程中，液體當中的易揮發成分進入氣組，而氣體當中的難揮發成分進入液組，形成塔頂與塔底的兩個純度分極，即塔頂為純度極高的易揮發成分，塔底為純度極高的難揮發成分。在精餾系統運行的過程中，需要料液的幫助，一般情況下進料口位于塔的中上部，以進料口為界，上部精餾段中上升蒸汽使易揮發成分進一步變濃，而下部提餾段則是在下降液體中提取易揮發成分，基本上是利用了精餾塔各層塔盤的溫度，將精餾物質進行不同組分的分離。

現階段，精餾系統的化工工藝以PID控制為主要操作方式，操作控制過程中各參數很容易受到外界影響而發生變化，從而引起產品質量的變化。而對于精餾系統操作的優化，就是想要解決這一問題的存在，提高生產效率，提高產品質量。

2 精餾系統優化操作

結合現階段精餾系統的使用情況，下文將以動態矩陣控制（DMC算法）在丁醇異構物塔的應用為例，就某一工序進行精餾系統優化操作問題的分析，控制對象為異構物塔精餾系統，被控制變量為塔頂產品側采異丁醇濃度、下部塔底采出正丁醇濃度和塔壓，控制變量為塔頂回流量、再沸器熱劑量和塔底采出量。之所以把塔壓作為被控制變量，是因為塔壓會被看作是調節物料平衡的重要變量，受到塔底溫度的影響，間接影響到加熱劑流量。

底部采出正丁醇濃度是異構物塔的被控變量之一，實現能量平衡控制分離主要是依靠靈敏板溫度，通過控制異丁醇采出量來控制，其中塔底再沸器出口溫度是通過調節加熱劑蒸汽流量以完成。而另一個被控變量塔釜液位的控制方式，是直接控制塔釜正丁醇采出的流量，塔釜液位水平將塔的壓力保持在正常范圍內，盡可能減小塔的壓力波動。

上述底部采出正丁醇濃度和塔釜液位水平都是被控變量，而異構物塔的操作變量是指回流流量、加熱劑蒸汽流量和液位水平，副控變量包括泠凝水量、溫度、進料組分等，各變量彼此影響，彼此作用，為此要確保精餾塔操作穩定，以降低波動對產品合格性的影響。

DMC算法是精餾系統預測控制中有優化有約束的算法系統，通過預測模擬、動態優化、校正反饋三部分結合以實現對精餾系統操作的優化。

在整個DMC算法中，精餾系統作為被控系統，獲取響應值需要對系統的操縱變量施加階躍信號，并將預測的非參數模型看作是約束條件，緊接著根據優化性能標準進行控制增量的動態優化運算，再以加權的形式對被控制對象的預測輸出值和系統設定值的輸出誤差完成修正，以此確保精餾系統產品指標不斷向系統設定值靠攏，并始終保持穩定狀態。

精餾系統作為多變量控制系統，被控變量與操作變量之間存在較強的耦合性，關聯性復雜，當調整某個操作變量時，會引起其他被控變量產生變化。DMC算法對于精餾系統的最大優化就是很好地控制了被控變量之間因調整產生的變化，有效控制了傳統的PID調節弊端，解決了時間延遲問題，避免了時間的浪費。這是由于DMC算法中的輸出誤差有針對性的針對預測輸出值與實際輸出值之間的差距，使產品質量得到保證，使輸出值及時反饋，并可以依靠動態優化以解決問題。但是DMC算法也存在一定的問題，就是DMC算法具有不確定性，這是由于DMC算法的預測模型是非參數模型，受外界影響較大，與之相比，PID控制則要穩定的多，為此，異構物塔的控制是以PID控制為基礎，輔以DMC算法，以此使精餾系統操作達成優化，提升穩定性和工作效率。

3 結語

伴隨著經濟社會的高速發展，如何獲得經濟效益和環境效益雙協調，雙豐收，成為國家和各行各業關注的重點。對于經濟社會重要支柱的化工產業來說，這一問題顯得更加急迫，為此對與化工工藝的改革升級調整從未停止，這其中對于精餾系統的優化操作問題一直以來都是重要環節。隨著DMC算法等先進算法工藝的應用，精餾系統優化操作問題將得到更好地解決，精細化工將成為化工產業發展的方向，成為最為活躍的化工領域，工藝水平將大幅提高，產品質量將大幅提升，生產方式將變得更加節能環保，符合國家可持續發展戰略規劃。

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