專利名稱：一種汽液連串反應精餾過程自動控制系統(tǒng)設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學工程與控制工程交叉學科，屬于化學反應器與精餾塔生產過程自動控制領域，涉及汽液連串反應精餾過程的自動控制系統(tǒng)的設計方法。
背景技術：
反應與精餾集成技術是將化學反應與精餾分離過程集成在同一個設備內進行的一種強化過程。與傳統(tǒng)生產工藝相比，反應精餾集成技術通過將反應產物及時移出塔外，有效提高原料轉化率或目標產物選擇性，同時在反應熱合理利用、提高設備集成度、節(jié)省設備投資方面具有明顯優(yōu)勢。工業(yè) 反應過程中有很多反應過程都屬于連串反應，例如乙烷解熱脫氫制乙烯、苯氯化制氯苯，芳烴烷基化制乙苯、異丙苯連串反應過程。本發(fā)明主要針對兩相不可逆汽液連串反應過程:主反應方程式
權利要求
1.汽液連串反應精餾過程自動控制系統(tǒng)設計方法，其特征在于包括以下步驟: (1)確定最佳的汽液連串反應精餾塔穩(wěn)態(tài)工藝參數(shù):根據(jù)具體汽液連串反應精餾過程體系的物系特征初步選擇包括精餾段、反應段和提餾段三個區(qū)的反應精餾塔基本結構方式，然后通過穩(wěn)態(tài)優(yōu)化設計確定最佳的穩(wěn)態(tài)工藝結構參數(shù)和操作參數(shù)； (2)確定控制系統(tǒng)設計的控制目標:根據(jù)工藝要求，在穩(wěn)態(tài)設計的結構參數(shù)和操作參數(shù)基礎上合理確定產品質量指標、目標產物選擇性指標和生產負荷指標，作為控制系統(tǒng)設計的控制目標； (3)合理選擇被控變量和操作變量:選擇反應精餾塔的塔頂?shù)膲毫?P)、冷凝器的液位(Lk)、精餾塔液位(Lb)以及靈敏板溫度(Tsi和Ts2)作為連串反應精餾塔系統(tǒng)的被控變量；選擇塔頂汽相采出流量(Fd )、回流量(Fk)、塔釜采出流量(Fb)、雙進料流量比(r )、再沸器加熱量(Q)作為過程操作變量； (4)確定靈敏板溫度的位置:采用穩(wěn)態(tài)相對增益矩陣和奇異值分解方法合理確定對雙進料流量比值和再沸器加熱量最敏感的靈敏板溫度位置，即在穩(wěn)態(tài)模擬設計基礎上，雙進料流量比(r)與再沸器加熱量(Q)在0.19T5%幅度設定值變化情況下，計算所有塔板溫度的穩(wěn)態(tài)相對增益矩陣K，利用奇異值分解方法將K矩陣分解為:K=U O VT，其中U值變化最大的兩塊塔板溫度被選為靈敏板溫度(Tsi和Ts2)； (5)設計反應精餾過程多回路自動控制系統(tǒng):在上述被控變量和操作變量合理配對模式和靈敏板溫度位置確定下，設計多回路自動控制系統(tǒng)；塔頂?shù)膲毫εc塔頂汽相采出流量構成塔頂壓力控制回路(P/FD)、冷凝器的液位與回流量構成液位控制回路(LK/FK)、精餾塔液位與塔釜采出流量構成液位控制回路(LB/FB);采用步驟(4)確定的靈敏板溫度(Tsi)與反應精餾塔雙進料流量比構成溫度推斷控制回路(Tsl/r)，用來推斷控制反應段內目標產物的選擇性；采用步驟(4)確定的靈敏板溫度(Ts2)與再沸器加熱量構成溫度推斷控制回路(Ts2/Q)，用來推斷控制塔釜產品成分滿足質量控制指標； (6)整定多回路自動控制系統(tǒng)的控制器結構參數(shù):采用Tyreus-Luyben控制器參數(shù)整定法整定反應精餾塔所有控制回路的控制器結構參數(shù)，其中對兩個耦合性較強的溫度推斷控制回路整定時，兩個控制器之間采用控制器參數(shù)連續(xù)整定方法，即先整定好第一個溫度控制器參數(shù)并將其投入自動運行狀態(tài)后，再整定第二個溫度控制器參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的汽液連串反應精餾過程的自動控制系統(tǒng)設計方法，其特征在于在動態(tài)模擬系統(tǒng)中分別引入不同幅度不同方向的生產負荷進料流量擾動和進料成分擾動，分析系統(tǒng)的動態(tài)響應性能指標，評價設計方案的有效性。
3.根據(jù)權利要求1所述的汽液連串反應精餾過程的自動控制系統(tǒng)設計方法，其特征在于所述的汽液連串反應精餾過程為芳烴氯化連串反應精餾過程。
4.根據(jù)權利要求3所述的汽液連串反應精餾過程的自動控制系統(tǒng)設計方法，其特征在于所述的芳烴氯化連串反應為苯氯化反應、甲苯氯化反應或氯化芐氯化反應。
全文摘要
本發(fā)明公開一種汽液連串反應精餾集成過程自動控制系統(tǒng)設計方法，包括以下步驟(1)確定最佳的汽液連串反應精餾塔穩(wěn)態(tài)工藝參數(shù)；(2)確定控制系統(tǒng)設計的控制目標；(3)合理選擇被控變量和操作變量；(4)確定靈敏板溫度的位置；(5)設計反應精餾過程多回路自動控制系統(tǒng)；(6)整定多回路自動控制系統(tǒng)的控制器結構參數(shù)。本發(fā)明給出的汽液連串反應精餾集成過程自動控制系統(tǒng)設計方法，可有效避免由于反應物料性質和外界擾動易造成塔內反應與分離能力動態(tài)失調，引起產品質量下降和能耗增加問題，實現(xiàn)汽液連串反應精餾集成裝置閉環(huán)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
文檔編號B01J19/24GK103157427SQ201310106680
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者薄翠梅, 喬旭, 崔咪芬, 馮康康, 李芳芳, 張程浩 申請人:南京工業(yè)大學