劉陜陜 王建國 張艷

摘 要：現(xiàn)階段，隨著國家對于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的高度重視和對生態(tài)環(huán)境保護力度的不斷加大，對于化工領(lǐng)域提出了更高地要求，精細化工逐漸成為新時期下，化工領(lǐng)域發(fā)展的方向，而精餾系統(tǒng)正是精細化工應(yīng)用當(dāng)中較為普遍的分離系統(tǒng)。本文通過介紹精餾系統(tǒng)的工作原理，介紹精餾系統(tǒng)的設(shè)備與工藝，以DMC算法在丁醇異構(gòu)物塔中的應(yīng)用為例，以此分析精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作問題，希望為精細化工發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：精餾系統(tǒng);優(yōu)化操作;DMC算法;異構(gòu)物塔

對精餾系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化操作，在很大程度上能夠幫助化工企業(yè)提高資源的利用率，減少污染物的產(chǎn)生與排放，提高化工產(chǎn)品的環(huán)保水平，進一步推動化工領(lǐng)域的綠色發(fā)展，逐步淘汰老舊設(shè)備，推動產(chǎn)業(yè)升級。為此，針對精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作問題問題，國家及化工行業(yè)都極為關(guān)注和重視。

1 精餾系統(tǒng)的工作原理

精餾系統(tǒng)的工作原理是利用不同物質(zhì)的不同揮發(fā)度，在精餾塔內(nèi)進行氣體與液體的兩相逆流接觸，以此實現(xiàn)相際傳熱傳質(zhì)。在這一過程中，液體當(dāng)中的易揮發(fā)成分進入氣組，而氣體當(dāng)中的難揮發(fā)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(fā)成分，塔底為純度極高的難揮發(fā)成分。在精餾系統(tǒng)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(fā)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(fā)成分，基本上是利用了精餾塔各層塔盤的溫度，將精餾物質(zhì)進行不同組分的分離。

現(xiàn)階段，精餾系統(tǒng)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(shù)很容易受到外界影響而發(fā)生變化，從而引起產(chǎn)品質(zhì)量的變化。而對于精餾系統(tǒng)操作的優(yōu)化，就是想要解決這一問題的存在，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作

結(jié)合現(xiàn)階段精餾系統(tǒng)的使用情況，下文將以動態(tài)矩陣控制（DMC算法）在丁醇異構(gòu)物塔的應(yīng)用為例，就某一工序進行精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作問題的分析，控制對象為異構(gòu)物塔精餾系統(tǒng)，被控制變量為塔頂產(chǎn)品側(cè)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(diào)節(jié)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(gòu)物塔的被控變量之一，實現(xiàn)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(diào)節(jié)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(nèi)，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(gòu)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(wěn)定，以降低波動對產(chǎn)品合格性的影響。

DMC算法是精餾系統(tǒng)預(yù)測控制中有優(yōu)化有約束的算法系統(tǒng)，通過預(yù)測模擬、動態(tài)優(yōu)化、校正反饋三部分結(jié)合以實現(xiàn)對精餾系統(tǒng)操作的優(yōu)化。

在整個DMC算法中，精餾系統(tǒng)作為被控系統(tǒng)，獲取響應(yīng)值需要對系統(tǒng)的操縱變量施加階躍信號，并將預(yù)測的非參數(shù)模型看作是約束條件，緊接著根據(jù)優(yōu)化性能標(biāo)準(zhǔn)進行控制增量的動態(tài)優(yōu)化運算，再以加權(quán)的形式對被控制對象的預(yù)測輸出值和系統(tǒng)設(shè)定值的輸出誤差完成修正，以此確保精餾系統(tǒng)產(chǎn)品指標(biāo)不斷向系統(tǒng)設(shè)定值靠攏，并始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。

精餾系統(tǒng)作為多變量控制系統(tǒng)，被控變量與操作變量之間存在較強的耦合性，關(guān)聯(lián)性復(fù)雜，當(dāng)調(diào)整某個操作變量時，會引起其他被控變量產(chǎn)生變化。DMC算法對于精餾系統(tǒng)的最大優(yōu)化就是很好地控制了被控變量之間因調(diào)整產(chǎn)生的變化，有效控制了傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)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(yù)測輸出值與實際輸出值之間的差距，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，使輸出值及時反饋，并可以依靠動態(tài)優(yōu)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(yù)測模型是非參數(shù)模型，受外界影響較大，與之相比，PID控制則要穩(wěn)定的多，為此，異構(gòu)物塔的控制是以PID控制為基礎(chǔ)，輔以DMC算法，以此使精餾系統(tǒng)操作達成優(yōu)化，提升穩(wěn)定性和工作效率。

3 結(jié)語

伴隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，如何獲得經(jīng)濟效益和環(huán)境效益雙協(xié)調(diào)，雙豐收，成為國家和各行各業(yè)關(guān)注的重點。對于經(jīng)濟社會重要支柱的化工產(chǎn)業(yè)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(diào)整從未停止，這其中對于精餾系統(tǒng)的優(yōu)化操作問題一直以來都是重要環(huán)節(jié)。隨著DMC算法等先進算法工藝的應(yīng)用，精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作問題將得到更好地解決，精細化工將成為化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，成為最為活躍的化工領(lǐng)域，工藝水平將大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量將大幅提升，生產(chǎn)方式將變得更加節(jié)能環(huán)保，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。

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